Повышение жаростойкости сплава ВТ6 формированием оксидных композитных слоёв при ультразвуковой ударной обработке

В. В. Могилко$^{1}$, А. П. Бурмак$^{1}$, М. М. Ворон$^{2}$, І. А. Владимирский$^{1}$, С. И. Сидоренко$^{1}$, С. М. Волошко$^{1}$, Б. Н. Мордюк$^{3}$

$^{1}$Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского», просп. Победы, 37, 03056 Киев, Украина
$^{2}$Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 34/1, 03142 Киев, Украина
$^{3}$Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина

Получена: 17.06.2018. Скачать: PDF

Проведена модификация поверхностного слоя титанового сплава ВТ6 ультразвуковой ударной обработкой (УЗУО) с добавлением в деформационную зону порошков Al$_2$O$_3$ и Cr$_2$O$_3$. Методами рентгеноструктурного фазового анализа, оптической и растровой электронной микроскопии показано, что при интенсивной пластической деформации в течение УЗУО формируются композитные поверхностные слои, микротвёрдость которых в $\cong$2 раза выше, чем у матричного сплава. Высокотемпературное окисление композитных слоёв, содержащих частицы Cr$_2$O$_3$ и смесь Cr$_2$O$_3$ + Al$_2$O$_3$, ведёт к упрочнению слоёв сплава под ними за счёт формирования твёрдого раствора кислорода в $\alpha$-фазе, что не наблюдается в случае слоя/покрытия, сформированного с добавлением Al$_2$O$_3$. По данным гравиметрического анализа образцов в течение циклического высокотемпературного окисления на воздухе (20 циклов по 5 часов при температуре 550°C) сделан вывод о самой высокой жаростойкости композитного слоя/покрытия, насыщенного частицами Al$_2$O$_3$. Это обусловлено близкими значениями коэффициентов термического расширения покрытия Al$_2$O$_3$ и сплава ВТ6 в противовес поведению необработанного сплава и других композитных слоёв, которые разрушаются в процессе циклического нагрева–охлаждения.

Ключевые слова: ультразвуковая ударная обработка (УЗУО), композитные слои, оксидные порошки, покрытия, микротвёрдость, жаростойкость.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v40/i11/1521.html

PACS: 61.43.Gt, 61.72.Ff, 62.20.Qp, 65.40.De, 68.60.Dv, 81.05.Mh, 81.65.Mq


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. А. А. Ильин, Б. А. Колачев, И. С. Полькин, Титановые сплавы: состав, структура, свойства (Москва: ВИЛС-МАТИ: 2009).
  2. N. S. Mashovets, I. M. Pastukh, and S. M. Voloshko, Appl. Surf. Sci., 392: 356 (2017). Crossref
  3. І. Я. Смокович, І. С. Погребова, Т. В. Лоскутова, В. Г. Хижняк, Наукові вісті НТУУ «КПІ», № 1: 84 (2013).
  4. I. Gurrappa and A. K. Gogia, Mater. Sci. Technol., 17: 581 (2001). Crossref
  5. J. Unnam, R. N. Shenoy, and R. K. Clark, Oxidation of Metals, 26: 249 (1986). Crossref
  6. Г. І. Прокопенко, Б. М. Мордюк, М. О. Васильєв, С. М. Волошко, Фізичні основи ультразвукового ударного зміцнення металевих поверхонь (Київ: Наукова думка: 2017).
  7. Д. С. Герцрикен, В. Ф. Мазанко, В. М. Тышкевич, В. М. Фальченко, Массоперенос в металлах при низких температурах в условиях внешних воздействий (Киев: РИО ИМФ: 1999).
  8. B. N. Mordyuk, V. V. Silbershmidt, G. I. Prokopenko, M. O. Iefimov, and Yu. V. Nesterenko, Mater. Characterization, 61: 1126 (2010). Crossref
  9. М. О. Васильєв, Б. М. Мордюк, С. І. Сидоренко, С. М. Волошко, А. П. Бурмак, М. В. Кіндрачук, Металлофиз. новейшие технол., 38, № 4: 545 (2016). Crossref
  10. B. N. Mordyuk, G. I. Prokopenko, Yu. V. Milman, M. O. Iefimov, K. E. Grinkevych, A. V. Sameljuk, and I. V. Tkachenko, Wear, 319: 84 (2014). Crossref
  11. B. N. Mordyuk, Yu. V. Milman, M. O. Iefimov, and K. E. Grinkevych, J. Manufact. Technol. Res., 9, Nos. 3–4: 121 (2017).
  12. М. А. Васильев, Б. Н. Мордюк, Д. В. Павленко, Л. Ф. Яценко, Металлофиз. новейшие технол., 37, № 1: 121 (2015). Crossref
  13. М. А. Васильев, В. А. Тиньков, С. М. Волошко, В. С. Филатова, Л. Ф. Яценко, Металлофиз. новейшие технол., 34, № 5: 687 (2012).
  14. M. A. Vasylyev, S. P. Chenakin, and L. F. Yatsenko, Acta Mater., 103: 761 (2016). Crossref
  15. M. A. Vasylyev, S. P. Chenakin, and L. F. Yatsenko, Acta Mater., 60: 6223 (2012). Crossref
  16. A. I. Dekhtyar, B. N. Mordyuk, D. G. Savvakin, V. I. Bondarchuk, I. V. Moiseeva, and N. I. Khripta, Mater. Sci. Eng. A, 641: 348 (2015). Crossref
  17. H. Özkan Gülsoy, S. Özbey, S. Pazarlioglu, M. Çiftci, and H. Akyurt, Int. J. Mater. Mech. Manufact., 4, No. 2: 111 (2016). Crossref
  18. S. Chabri, S. Chatterjee, S. Pattanayak, H. Chakraborty, N. Bhowmik, and A. Sinha, J. Mater. Sci. Technol., 29, Iss. 11: 1085 (2013). Crossref
  19. K. Yang, X. Zhou, H. Zhao, and S. Tao, Surf. Coat. Technol., 206: 1362 (2011). Crossref
  20. X. Li, C. Dong, Q. Zhao, Y. Pang, F. Cheng, and S. Wang, J. Mater. Eng. Perform., 27: 1642 (2018). Crossref
  21. F. Pitt and M. Ramulu, J. Mater. Eng. Perform., 13: 727 (2004). Crossref
  22. D. Poquillon, C. Armand, and J. Huez, Oxidation of Metals, 79: 249 (2013). Crossref
  23. S. Zeng, A. Zhao, H. Jiang, X. Fan, X. Duan, and X. Yan, Oxidation of Metals, 81: 467 (2014). Crossref
  24. Л. В. Тихонов, В. А. Кононенко, Г. И. Прокопенко, В. А. Рафаловский, Механические свойства металлов и сплавов (Киев: Наукова думка: 1986).
  25. Г. В. Самсонов, А. Л. Борисова, Т. Г. Жидкова, Т. Н. Знатокова, Ю. П. Калошина, А. Ф. Киселева, П. С. Кислый, М. С. Ковальченко, Т. Я. Косолапова, Я. С. Малахов, А. Д. Панасюк, В. И. Славута, Н. И. Ткаченко, Физико-химические свойства окислов (Москва: Металлургия: 1978).
  26. S. P. Chenakin, V. S. Filatova, I. N. Makeeva, and M. A. Vasylyev, Appl. Surf. Sci., 408: 11 (2017). Crossref
  27. N. I. Khripta, O. P. Karasevska, and B. N. Mordyuk, J. Mater. Eng. Perform., 26: 5446 (2017). Crossref
  28. G. S. Firstov, R. G. Vitchev, H. Kumar, B. Blanpain, and J. Van Humbeeck, Biomater., 23: 4863 (2002). Crossref
  29. H. L. Du, P. K. Datta, D. B. Lewis, and J. S. Burnel-Gray, Corrosion Sci., 63: 631 (1994). Crossref
  30. S.-A. Cho, F. J. Arenas, and J. Ochoa, Ceramics Int., 16: 301 (1990). Crossref