ВЛИЯНИЕ МНОГОПРОХОДНОЙ ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ НА ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВА ВТ6
https://doi.org/10.17073/0021-3438-2022-1-39-51
Аннотация
Фрикционная перемешивающая обработка (ФПО) – это передовая технология поверхностного изменения микроструктуры металлов и сплавов для улучшения механических и эксплуатационных свойств. Предыдущие работы по обработке титановых сплавов показали, что варьирование технологических параметров ФПО (таких, как скорость вращения, скорость перемещения и сила прижима инструмента) значительно влияет на эволюцию микроструктуры и механические свойства ВТ6. Однако влияние многопроходной ФПО на сплав ВТ6 не было изучено. Поэтому в работе исследовано влияние четырехпроходной ФПО титанового сплава ВТ6 на эволюцию микроструктуры, механические свойства и износостойкость этого сплава. Анализ микроструктуры показал, что зоне перемешивания формируется неоднородная микроструктура с динамически рекристаллизованными равноосными α-зернами, β-зернами и β-областями с α-фазой игольчатого и ламинарного типов, что связано с температурным градиентом зоны перемешивания в процессе ФПО. Установлено, что с увеличением количества проходов ФПО до 3 раз наблюдается повышение предела прочности (до 1173 МПа) и износостойкости (на 33 %). Улучшение предела прочности образцов после 3 проходов ФПО обусловлено уменьшением размеров зерен в зоне перемешивания на 88 % по сравнению с исходным ВТ6. Показано, что после 4 проходов ФПО в зоне перемешивания происходит увеличение размеров зерен и понижение предела прочности до 686 МПа, что связано с образованием крупных дефектов по контуру потоков металла. При этом износостойкость ВТ6 после 4 проходов ФПО возрастает на 39 % по сравнению с исходным материалом.
Ключевые слова
фрикционная перемешивающая обработка,
титановые сплавы,
фазовые превращения,
размер зерна,
износостойкость,
предел прочности
При поддержке: Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема номер FWRW-2021-0012
Об авторах
А. П. Зыкова
Институт физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН
Россия
Россия
Зыкова А.П. – канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр. лаборатории структурного дизайна перспективных материалов
634055, г. Томск, пр. Академический, 2/4
А. В. Воронцов
Институт физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН
Россия
Россия
Воронцов А.В. – аспирант, мл. науч. сотр. лаборатории локальной металлургии в аддитивных технологиях
634055, г. Томск, пр. Академический, 2/4
А. В. Чумаевский
Институт физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН
Россия
Россия
Чумаевский А.В. – канд. техн. наук, науч. сотр. лаборатории локальной металлургии в аддитивных технологиях
634055, г. Томск, пр. Академический, 2/4
Д. А. Гурьянов
Институт физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН
Россия
Россия
Гурьянов Д.А. – аспирант, мл. науч. сотр. лаборатории локальной металлургии в аддитивных технологиях
634055, г. Томск, пр. Академический, 2/4
А. В. Гусарова
Институт физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН
Россия
Россия
Гусарова А.В. – аспирант, мл. науч. сотр. лаборатории локальной металлургии в аддитивных технологиях
634055, г. Томск, пр. Академический, 2/4
Н. Л. Савченко
Институт физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН
Россия
Россия
Савченко Н.Л. – докт. техн. наук, вед. науч. сотр. лаборатории контроля качества материалов и конструкций
634055, г. Томск, пр. Академический, 2/4
Е. А. Колубаев
Институт физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН
Россия
Россия
Колубаев Е.А. – докт. техн. наук, зав. лабораторией локальной металлургии в аддитивных технологиях
634055, г. Томск, пр. Академический, 2/4
Список литературы
1. Chan K.S., Koike M., Okabe T. Modeling wear of cast Ti alloys. Acta Biomater. 2007. Vol. 3. Iss. 3. P. 383—389.
2. Lee W.-B., Lee C.-Y., Chang W.-S., Yeon Y.-M., Jung S.-B. Microstructural investigation of friction stir welded pure titanium. Mater. Lett. 2005. Vol. 59. P. 3315—3318.
3. Han Y., Chen S., Jiang X., Tao Y.B., Wang Y.X. Effect of microstructure, texture and deformation behavior on tensile properties of electrically assisted friction stir welded Ti—6Al—4V joints. Mater. Charact. 2021. Vol. 176. Art. 111141.
4. Meisnar M., Bennett J.M., Andrews D., Dodds S., Freeman R., Bellarosa R., Adams D., Norman A.F., Rohr T., Ghidini T. Microstructure characterisation of a friction stir welded hemi-cylinderstructure using Ti—6Al—4V castings. Mater. Charact. 2019. Vol. 147. P. 286—294.
5. Fall A., Monajati H., Khodabandeh A., Fesharaki M.H., Champliaud H., Jahazi M. Local mechanical properties, microstructure, and microtexture in friction stir welded Ti—6Al—4V alloy. Mater. Sci. Eng. A. 2019. Vol. 749. P. 166—175.
6. Zhang C., Ding Z., Xie L., Zhang L.-C., Wu L., Fu Y., Wang L., Lu W. Electrochemical and in vitro behavior of the nanosized composites of Ti—6Al—4V and TiO2 fabricated by friction stir process. Appl. Surf. Sci. 2017. Vol. 423. P. 331—339.
7. Zykova A.P., Tarasov S.Yu., Chumaevskiy A.V., Kolubaev E.A. A review of friction stir processing of structural metallic materials: process, properties, and methods. Metals. 2020. Vol. 10. Iss. 772. P. 1—40.
8. Wang T., Gwalani B., Shukla S., Frank M., Mishra R.S. Development of in situ composites via reactive friction stir processing of Ti—B4C system. Compos. Part B: Eng. 2019. Vol. 172. P. 54—60.
9. Jiang L., Huang W., Liu C., Chai L., Yang X., Xu Q. Microstructure, texture evolution and mechanical properties of pure Ti by friction stir processing with slow rotation speed. Mater. Charact. 2019. Vol. 148. P. 1—8.
10. Mironov S., Sato Y.S., Kokawa H. Development of grain structure during friction stir welding of pure titanium. Acta Mater. 2009. Vol. 57. P. 4519—4528.
11. Liu F.C., Liao J., Gao Y., Nakata K. Influence of texture on strain localization in stir zone of friction stir welded titanium. J. Alloys Compd. 2015. Vol. 626. P. 304—308.
12. Zhang W., Ding H., Cai M., Yang W., Li J. Ultra-grain refinement and enhanced low-temperature superplasticity in a friction stir-processed Ti—6Al—4V alloy. Mater. Sci. Eng. A. 2018. Vol. 727. P. 90—96.
13. Vakili-Azghandi M., Roknian M., Szpunar J.A., Mousavizade S.M. Surface modification of pure titanium via friction stir processing: Microstructure evolution and dry sliding wear performance. J. Alloys Compd. 2020. Vol. 816. Art. 152557.
14. Elmer J.W., Palmer T.A., Babu S.S., Specht E.D. In situ observations of lattice expansion and transformation rates of b and phases in Ti—6Al—4V. Mater. Sci. Eng. A. 2005. Vol. 391. P 104—113.
15. Boyer R., Welsch G., Collings E.W. Titanium alloys, materials properties: Handbook. ASM: International, Materials Park, 1994.
16. Liu H.J., Zhou L. Microstructural zones and tensile characteristics of friction stir welded joint of TC4 titanium alloy. Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2010. Vol. 20. P. 1873—1878.
17. Lippold J.C., Livingston J.J. Microstructure evolution during friction stir processing and hot torsion simulation of Ti—6Al—4V. Metall. Mater. Trans. A. 2013. Vol. 44. P. 3815—3825.
18. Edwards P., Ramulu M. Fracture toughness and fatigue crack growth in Ti—6Al—4V friction stir welds. J. Mater. Eng. Perform. 2015. Vol. 24. P. 3263—3270.
19. Zhou L., Liu H.J., Liu Q.W. Effect of rotation speed on microstructure and mechanical properties of Ti—6Al—4V friction stir welded joints. Mater. Des. 2010. Vol. 31. Iss. 5. P. 2631—2636.
20. Ji S., Li Z., Wang Y., Ma L. Joint formation and mechanical properties of back heating assisted friction stir welded Ti—6Al—4V alloy. Mater. Des. 2017. Vol. 113. P. 37—46.
21. Fall A., Fesharaki M.H., Khodabandeh A.R., Jahazi M. Tool wear characteristics and effect on microstructure in Ti—6Al—4V friction stir welded joints. Metals. 2016. Vol. 6. Iss. 275. P 1—12.
22. Ji S., Li Z., Zhang L., Wanga Y. Eliminating the tearing defect in Ti—6Al—4V alloy joint by back heating assisted friction stir welding. Mater. Lett. 2017. Vol. 188. P. 21—24.
23. Lauro A. Friction stir welding of titanium alloys. Weld. Int. 2012. Vol. 26. Iss. 1. P. 8—21.
24. Buffa G., Fratini L., Schneider M., Merklein M. Micro and macro mechanical characterization of friction stir welded Ti—6Al—4V lap joints through experiments and numerical simulation. J. Mater. Process. Technol. 2013. Vol. 213. P. 2312—2322.
25. Dong H. Tribological properties of titanium-based alloys. In: Surface engineering of light alloys. Amsterdam, Netherlands: Elsevier: Woodhead Publ. Ltd. (Ser. in metals and surface engineering), 2010. Р. 58—80.
26. Long M., Rack H.J. Friction and surface behaviour of selected titanium alloys during reciprocating-sliding motion. Wear. 2001. Vol. 249. P. 157—167
Рецензия
Для цитирования:
Зыкова А.П., Воронцов А.В., Чумаевский А.В., Гурьянов Д.А., Гусарова А.В., Савченко Н.Л., Колубаев Е.А. ВЛИЯНИЕ МНОГОПРОХОДНОЙ ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ НА ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВА ВТ6. Известия вузов. Цветная металлургия. 2022;28(1):39-51. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2022-1-39-51
For citation:
Zykova A.P., Vorontsov A.V., Chumaevskii A.V., Gurianov D.A., Gusarova A.V., Savchenko N.L., Kolubaev E.A. Influence of multi-pass friction stir processing on the formation of microstructure and mechanical properties of Ti6Al4V alloy. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2022;28(1):39-51. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2022-1-39-51
Просмотров:
414
Послать статью по эл. почте 