Випуски МФіНТ »  Том 48, випуск 8

Порівняння ефективности високочастотного ударного зміцнення у вібраційних камерах поверхні титанового стопу ВТ6, виготовленого металурґійним та адитивним способами

С. М. Волошко$^{1}$, А. П. Бурмак$^{1}$, Б. М. Мордюк$^{2}$, М. О. Васильєв$^{2}$, Т. А. Красовський$^{3}$, О. А. Вислий$^{1}$

$^{1}$НТУ України «КПІ імені Ігоря Сікорського», вул. Політехнічна, 35, 03056 Київ, Україна
$^{2}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^{3}$Київський академічний університет, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142, Київ, Україна

Отримано: 26.08.2025; остаточний варіант - 10.03.2026. Завантажити: PDF

Досліджено особливості зміцнення поверхні титанового стопу ВТ6, виготовленого металурґійним (гарячим вальцюванням (ГВ)) та адитивним способом селективного лазерного топлення (СЛТ), із застосуванням двох типів ультразвукових установок, які забезпечують різні моди збудження вібраційної камери, наповненої крицевими кульками, - високочастотного зміцнення кульками (ВЧЗК) і віброкамери з коливаннями її дна та стінок. Показано, що пониження шерсткости поверхні, формування стискальних залишкових напружень і значного зміцнення вдається досягти незалежно від схеми ініціювання ударів кульками у використаних ультразвукових віброкамерах за умови вибору певних оптимальних режимів оброблення. Впродовж 4 хв обробляння за допомогою використаних ультразвукових установок ВЧЗК і віброкамери досягнуто зміцнення зразків після гарячого вальцювання на 22,6% (4,72 ГПа) і 24,9% (4,81 ГПа) відповідно. Зміцнення зумовлено формуванням залишкових стискальних напружень (-1560 МПа) під час обробляння у віброкамері порівняно з ВЧЗК (-1240 МПа), подрібненням кристалітів α- (14-19 нм) і β-фаз (36-63 нм) у порівнянні з вихідним станом (150 нм і 174 нм відповідно). СЛТ-зразки після ВЧЗК і віброкамери зазнають зміцнення на 51% (6,61 ГПа) і 46,7% (6,41 ГПа) відповідно порівняно із вихідним станом (4,37 ГПа). У порівнянні з установкою ВЧЗК запропонована віброкамера дає змогу одержати як поздовжні коливання її дна, так і концентричні коливання стінок, що підвищує ефективність стабільного та керованого експрес-обробляння деталів і вузлів складної форми, а також пласких і тонких металевих деталів типу лопатей двигунів.

Ключові слова: селективне лазерне топлення, високочастотне зміцнення поверхні кульками, шерсткість, залишкові напруження, мікротвердість.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v48/i08/0843.html

PACS: 43.35.+d, 61.72.Dd, 61.72.Ff, 62.20.Qp, 68.35.Ct, 81.20.Ev, 81.65.Ps

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. T. DebRoy, H. L. Wei, J. S. Zuback, T. Mukherjee, J. W. Elmer, J. O. Milewski, A. M. Beese, A. Wilson-Heid, A. De, and W. Zhang, Prog. Mater. Sci., 92: 112 (2018).
  2. Q. Zhao, Q. Y. Sun, S. W. Xin, Y. N. Chen, C. Wu, H. Wang, J. W. Xu, M. P. Wan, W. D. Zeng, and Y. Q. Zhao, Mater. Sci. Eng. A, 845: 143260 (2022).
  3. Z. Gao, X. Chen, S. Zhu, Y. H. He, and W. Xu, Int. J. Fatigue, 172: 107608 (2023).
  4. M. O. Vasylyev, B. M. Mordyuk, and S. M. Voloshko, Prog. Phys. Met., 24, No. 1: 5 (2023).
  5. M. O. Vasylyev, B. M. Mordyuk, and S. M. Voloshko, Prog. Phys. Met., 24, No. 1: 38 (2023).
  6. A. K. Singla, M. Banerjee, and A. Sharma, J. Manuf. Process., 64: 161 (2021).
  7. N. Eshawish, S. Malinov, W. Sha, and P. Walls, J. Mater. Eng. Perform., 30: 5290 (2021).
  8. N. Baskin and C. Yüce, J. Mater. Res. Technol., 30: 7006 (2024).
  9. M. Chen, W. L. Deng, J. S. Li, C. H. Jiang, and V. Ji, Mater. Today Commun., 46: 112901 (2025).
  10. S. M. Voloshko, B. M. Mordyuk, M. O. Vasyliev, V. I. Zakiev, A. P. Burmak, and N. V. Franchik, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 45, No. 2: 217 (2023).
  11. G. I. Prokopenko, B. M. Mordyuk, M. O. Vasyliev, and S. M. Voloshko, Physical Principles for Ultrasonic Impact Hardening of Metallic Surfaces (Kyiv: Naukova Dumka: 2017); ISBN 978-966-00-1235-6
  12. 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).
  13. X. C. Yan, S. Yin, C. Y. Chen, R. Jenkins, R. Lupoi, R. Bolot, W. Ma, M. Kuang, H. Liao, J. Lu, and M. Liu, Mater. Res. Lett., 7, No. 8: 327 (2019).
  14. C. S. Liu, D. X. Liu, X. H. Zhang, D. Liu, A. Ma, N. Ao, and X. C. Xu, J. Mater. Sci. Technol., 35, No. 8: 1555 (2019).
  15. A. Amanov, I.-S. Cho, D.-E. Kim, and Y.-S. Pyun, Surf. Coat. Technol., 207: 135 (2012).
  16. M. O. Vasylyev, B. M. Mordyuk, G. I. Prokopenko, S. M. Voloshko, L. F. Yatsenko, and N. I. Khripta, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 40, No. 8: 1029 (2018).
  17. A. P. Burmak, S. M. Voloshko, B. M. Mordyuk, T. A. Krasovskyi, V. I. Zakiev, I. A. Vladymyrskyi, and M. A. Vasylyev, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 44, No. 11: 1453 (2022).
  18. Q. Zhang, B. B. Duan, Z. Q. Zhang, J. B. Wang, and C. R. Si, J. Mater. Res. Technol., 11: 106 (2021).
  19. J. Cai, H. Wu, Y. Tian, and X. Zhang, Sci. Rep., 15: 13548 (2025).
  20. S. Diachenko, T. Krasovskyi, A. Burmak, S. Voloshko, V. Malinin, and B. Mordyuk, Proc. 7th Int. Sci. Pract. Conf. ‘Scientific Goals and Purposes in XXI Century’ (19–20 Oct. 2024, Seattle, USA) (InterConf: 2024), p. 388.
  21. T. Suzuki, K. Sakamoto, Y. Hirose, T. Okawa, H. Shimanuki, T. Nose, N. Ohta, H. Suzuki, and A. Moriai, Adv. Mater. Res., 996: 736 (2014).
  22. Z. Wang, Z. Xiao, C. Huang, L. Wen, and W. Zhang, Materials, 10, No. 10: 1203 (2017).
  23. B. N. Mordyuk, A. I. Dekhtyar, D. G. Savvakin, and N. I. Khripta, J.Mater. Eng. Perform., 31: 5668 (2022).
  24. D. Yuan, L. Zhang, Y. Chen, D. Yuan, S. Shao, C. H. Guo, F. C. Jiang, and J. D. Wang, Ultrason. Sonochem., 73: 105472 (2021).
  25. S. M. Kelly and S. L. Kampe, Metall. Mater. Trans. A, 35: 1861 (2004).
  26. E. Eshed and A. Shirizly, Materials, 18, No. 13: 3198 (2025).
  27. H. Sun, C. Si, and J. Wang, Surf. Eng., 40, No. 1: 1 (2024).
  28. X. Luo, X. Ren, Q. Jin, H. Qu, H. Hou, and L. Zhang, J. Mater. Res. Technol., 13, No. 5: 1586 (2021).
  29. P. Mercelis and J.-P. Kruth, Rapid Prototyp. J., 12: 254 (2006).
  30. W. Okuniewski, M. Walczak, M. Szala, and D. Chocyk, Eng. Failure Anal., 176: 109653 (2025).
  31. N. Kazantseva, P. Krakhmalev, M. Thuvander, I. Yadroitsev, N. Vinogradova, and I. Ezhov, Mater. Charact., 146: 101 (2018).
  32. O. M. Ivasishin, H. M. Flower, and G. Lutjering, Titanium’99: Sci. Technol. (1999), p. 77.
  33. M. Zhang, C. Liu, X. Shi, X. Chen, C. Chen, J. Zuo, J. Lu, and S. Ma, Appl. Sci., 6: 304 (2016).
  34. A. Mithal, V. S. Sridharan, N. Y. J. Tan, S. J. Ng, and Y. Chew, J. Mater. Process. Technol., 343: 118982 (2025).

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© 1979 «Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України»