Випуски $\rightarrow$ Том 25, випуск 4 (2024)

Шаруваті матеріяли на основі титану, виготовлені литтям і куванням: виробництво, склад, мікроструктура та механічні властивості

МАРКОВСЬКИЙ П.Є.$^{1}$, АХОНІН С.В.$^{2}$, БЕРЕЗОС В.О.$^{2}$, СТАСЮК О.О.$^{1}$, БОНДАРЧУК В.І.$^{1}$, ОРИШИЧ Д.В.$^{1}$, ЛІПЧАНЧУК Є.І.$^{2}$, ЗАЦАРНА О.В.$^{1}$

$^1$Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульвар Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^2$Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, вул. Казимира Малевича, 11, 03150 Київ, Україна

Отримано 31.10.2024, остаточна версія 11.11.2024 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
Представлено огляд особливостей формування структури, складу й окремих механічних властивостей шаруватих матеріялів на основі титану та його стопів, виготовлених методом електронно-променевого топлення з проміжною ємністю. З’ясовано вплив складу окремих шарів на формування двошарових структур матеріялів: Ti64 (Ti–6Al–4V)/LCB (низьковартісного бета-Ti–1.5Al–6.8Mo–4.5Fe) і Ti64/Ti5553 (Ti–5Al–5V–5Mo–3Cr), а також 4-шарового Ti5553/Ti64/c.p.Ti (титану технічної чистоти)/Ti64. Досліджено процеси утворення перехідних прошарків між окремими стопами як після топлення та подальшого деформування вальцюванням, так і після термооброблень. Встановлено зв’язок між складом і сформованою мікроструктурою, з одного боку, та твердістю, міцністю, пластичністю й руйнуванням за випробувань 3-точковим вигином, з іншого боку. Проведено порівняння титанових шаруватих матеріялів, одержаних цим способом, з результатами інших технологічних підходів, а також показано переваги запропонованої технології.

Ключові слова: титанові стопи, шаруваті металеві матеріяли, топлення електронним променем з проміжною ємністю, твердість, міцність, пластичність.

DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.25.04.736

Citation: P.E. Markovsky, S.V. Akhonin, V.O. Berezos, O.O. Stasiuk, V.I. Bondarchuk, D.V. Oryshych, Ye.I. Lipchanchuk, and O.V. Zatsarna, Layered Titanium-Based Materials Manufactured with Cast and Wrought: Production, Composition, Microstructure, and Mechanical Properties, 25, No. 4: 736–764 (2024)

Цитована література   
  1. U. Zwicker, Titan und Titanlegierungen (Berlin: Springer-Verlag: 1974); https://doi.org/10.1007/978-3-642-80587-5
  2. G. Luetjering and J.C. Williams, Titanium (Berlin: Springer: 2007); https://doi.org/10.1007/978-3-540-73036-1
  3. M. Peters, J. Kumpfert, C.H. Ward, and C. Leyens, Adv. Eng. Mater. 5, No. 6: 419–427 (2003); https://doi.org/10.1002/adem.200310095
  4. J.H. Bernt and M.S. Persson, Ballistic Protection Plate of Titanium with Layered Properties (2008), European patent application EP 1935995A1.
  5. J.K. Lee, Analysis of Multi-Layered Materials under High Velocity Impact Using CTH (Theses for Master of Science in Aeronautical Engineering) (Ohio: Air Force Institute of Technology: 2008); https://scholar.afit.edu/etd/2685
  6. P.E. Markovsky, D.G. Savvakin, O.O. Stasiuk, S.H. Sedov, V.A. Golub, D.V. Kovalchuk, and S.V. Prikhodko, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 43, No. 12: 1573–1588 (2021); https://doi.org/10.15407/mfint.43.12.1573
  7. P. Ranaweera, D. Weerasinghe, P. Fernando, S.N. Raman, and D. Mohotti, Int. J. Prot. Struct., 11, No. 3: 379–410 (2020); https://doi.org/10.1177/2041419619898693
  8. G. Ben-Dor, A. Dubinsky, and T. Elperin, Theor. Appl. Fract. Mech., 88: 1–8 (2017); https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2016.11.002
  9. O.M. Ivasishin, P.E. Markovsky, D.G. Savvakin, O.O. Stasiuk, M.N. Rad, and S.V. Prikhodko, J. Mater. Process. Technol., 269: 172–181 (2019); https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.02.006
  10. S.L. Semiatin and I.M. Sukonnik, Rapid heat treatment of titanium alloys, Symposium on Physical Simulation of Casting, Hot Rolling, and Welding (Ed. H.G. Suzuki) (New York: Dynamic Systems, Inc. Poestenkill: 1997), p. 395–405.
  11. S.L. Semiatin and D.R. Douglas, Rapid Heat Treatment of Nonferrous Metals and Alloys to Obtain Graded Microstructures (US Patent 5447580: 1995).
  12. O.M. Ivasishin and R.V. Teliovich, Mater. Sci. Eng. A, 263, No. 2: 142–154 (1999); https://doi.org/10.1016/S0921-5093(98)01173-3
  13. P.E. Markovsky and S.L. Semiatin, J. Mater. Process. Technol., 210, No. 3: 518–528 (2010); https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2009.10.015
  14. P.E. Markovsky and S.L. Semiatin, Mater. Sci. Eng. A, 528, Nos. 7–8: 3079–3089 (2011); https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.12.002
  15. V.M. Fedirko, I.M. Pogreliuk, O.I. Yaskiv, Thermal Diffusion Multicomponent Saturation of Titanium Alloys (Kyiv: Naukova Dumka: 2008).
  16. A. Zhecheva, S. Malinov, and W. Sha, Surf. Coat. Technol., 201, No. 6: 2467–2474 (2006); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.04.019
  17. M.Y.P. Costa, M.L.R. Venditti, M.O.H. Cioffi, H.J.C. Voorwald, V.A. Guimarães, and R. Ruas, Int. J. Fatigue, 33, No. 6: 759–765 (2011); https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2010.11.007
  18. H.-J. Song, M.-K. Kim, G.-C. Jung, M.-S. Vang and Y.-J. Park, Surf. Coat. Technol., 201, No. 21: 8738–8745 (2007); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.11.022
  19. O.M. Ivasishin, P.E. Markovsky, and E.I. Sharipov, Int. J. Mater. Prod. Technol., 8, Nos. 2–4: 204–212 (1993); https://doi.org/10.1504/ijmpt.1993.036531
  20. S.V. Prikhodko, O.M. Ivasishin, P.E. Markovsky, D.G. Savvakin, and O.O. Stasiuk, MATEC Web Conf., 321: 11028 (2020); https://doi.org/10.1051/matecconf/202032111028
  21. O.M. Ivasishin, D.V. Kovalchuk, P.E. Markovsky, D.G. Savvakin, O.O. Stasiuk, V.I. Bondarchuk, D.V. Oryshych, S.G. Sedov, and V.A. Golub, Prog. Phys. Met., 24, No. 1: 75–105 (2023); https://doi.org/10.15407/ufm.24.01.075
  22. Y. Guo, P. Chen, A. Arab, Q. Zhou, and Y. Mahmood, Def. Technol., 16, No. 3: 678–688 (2020); https://doi.org/10.1016/j.dt.2019.10.002
  23. J.S. Montgomery, M.G.H. Wells, B. Roopchand, and J.W. Ogilvy, JOM, 49, No. 5: 45–47 (1997); https://doi.org/10.1007/bf02914684
  24. J.S. Montgomery and M.G.H. Wells, JOM, 53, No. 4: 29–32 (2001); https://doi.org/10.1007/s11837-001-0144-2
  25. S.V. Akhonin, R.N. Mishchenko, and I.K. Petrichenko, Mater. Sci., 42, No. 3: 323–329 (2006); https://doi.org/10.1007/s11003-006-0086-5
  26. O.M. Ivasishin, S.V. Akhonin, D.G. Savvakin, V.A. Berezos, V.I. Bondarchuk, O.O. Stasyuk, and P.E. Markovsky, Prog. Phys. Met., 19, No. 3: 309–336 (2018); https://doi.org/10.15407/ufm.19.03.309
  27. P.E. Markovsky, S.V. Akhonin, V.A. Berezos, V.I. Bondarchuk, O.O. Stasuk, O.P. Karasevska and I.M. Gavrysh, Metallogr., Microstruct., Anal., 9(6): 856–872 (2020); https://doi.org/10.1007/s13632-020-00705-7
  28. V.M. Nesterenkov, M.O. Rusynyk, O.M. Berdnikova, V.A. Matviychuk, and R.V. Strashko, Avtom. Svarka, 5: 31–36 (2020); https://doi.org/10.37434/as2020.05.05
  29. S. Akhonin, V. Nesterenkov, V. Pashynskyi, V. Matviichuk, S. Motrunich, V. Berezos, and I. Klochkov, Eastern-European J. Enterp. Technol., 3, No. 12 (129): 36–45 (2024); https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.306613
  30. A.N. Kalinyuk, N.P. Trigub, V.N. Zamkov, O.M. Ivasishin, P.E. Markovsky, R.V. Teliovich, and S.L. Semiatin, Mater. Sci. Eng. A, 346, Nos. 1–2: 178–188 (2003); https://doi.org/10.1016/s0921-5093(02)00518-x
  31. P.E. Markovsky, D.V. Kovalchuk, J. Janiszewski, B. Fikus, D.G. Savvakin, O.O. Stasiuk, D.V. Oryshych, M.A. Skoryk, V.I. Nevmerzhytskyi, V.I. Bondarchuk, Prog. Phys. Met., 24, No. 4: 741–763 (2023); https://doi.org/10.15407/ufm.24.04.741
  32. P.E. Markovsky, J. Janiszewski, S.V. Akhonin, V.I. Bondarchuk, V.O. Berezos, K. Cieplak, O.P. Karasevska, and M.A. Skoryk, Prog. Phys. Met., 23, No. 3: 438–475 (2022); https://doi.org/10.15407/ufm.23.03.438
  33. S. Akhonin, O. Pikulin, V. Berezos, A. Severyn, O. Erokhin, and V. Kryzhanovsky, Eastern-European J. Enterp. Technol., 5, No. 12 (119): 6–12 (2022); https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.265014
  34. S.V. Akhonin, N.P. Trigub, V.N. Zamkov, and S.L. Semiatin, Metall. Mater. Trans. B, 34, No. 4: 447–454 (2003); https://doi.org/10.1007/s11663-003-0071-4
  35. P.E. Markovsky, Mater. Sci. Forum, 941: 839–844 (2018); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.941.839
  36. A.V.K. Suryanarayana, Testing of Metallic Materials (Bsp Books Pvt. Limited: 2018).
  37. M. Colangeli, A. De Masi, and E. Presutti, J. Phys. A, 50, No. 43: 435002 (2017); https://doi.org/10.1088/1751-8121/aa8c68
  38. J. Alvarez-Ramirez, L. Dagdug, and M. Meraz, Phys. A, 395: 193–199 (2014); https://doi.org/10.1016/j.physa.2013.10.027
  39. O.P. Karasevskaya, O.M. Ivasishin, S.L. Semiatin, and Y.V. Matviychuk, Mater. Sci. Eng., 354, Nos. 1–2: 121–132 (2003); https://doi.org/10.1016/s0921-5093(02)00935-8
  40. O.M. Ivasishin, P.E. Markovsky, Y.V. Matviychuk, and S.L. Semiatin, Metall. Mater. Trans. A, 34, No. 1: 147–158 (2003); https://doi.org/10.1007/s11661-003-0216-8
  41. O.M. Ivasishin, P.E. Markovsky, S.L. Semiatin, and C.H. Ward, Mater. Sci. Eng. A, 405, Nos. 1–2: 296–305 (2005); https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.06.027
  42. G. Lütjering, Mater. Sci. Eng. A, 243, Nos. 1–2: 32–45 (1998); https://doi.org/10.1016/s0921-5093(97)00778-8
  43. Titanium Alloy Ti5553 (Aubert & Duval: 2024); https://www.aubertduval.com/wp-media/uploads/sites/2/2017/06/Ti5553_GB.pdf
  44. A. Caballero, A.E. Davis, J.R. Kennedy, J. Fellowes, A. Garner, S. Williams, and P. Prangnell, Philos. Mag., 102, No. 22: 2256–2281 (2022); https://doi.org/10.1080/14786435.2022.2113470
  45. Y. Guo, P. Genelot, A.P. Singh, L. Bolzoni, Y. Qu, H. Kou, J. Lin, and F. Yang, J. Mater. Eng. Perform., 31: 8619–8629 (2022); https://doi.org/10.1007/s11665-022-06846-w
  46. O.M. Ivasishin, P.E. Markovsky, G.A. Pakharenko, and A.V. Shevchenko, Mater. Sci. Eng., 196, Nos. 1–2: 65–70 (1995); https://doi.org/10.1016/0921-5093(94)09707-0
  47. S. Suresh, Fatigue of Materials. 2nd Edition (Cambridge University Press: 2012); https://doi.org/10.1017/CBO9780511806575
  48. W. Zhang, P. Yang, Y. Cao, X. Li, D. Wei, H. Kato, and Z. Wu, Mater. Sci. Eng. A, 822: 141702 (2021); https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141702
  49. Z. Zhong, B. Zhang, Y. Jin, H. Zhang, Y. Wang, J. Ye, Q. Liu, Z. Hou, Z. Zhang, and F. Ye, Ceram. Int., 46, No. 18: 28244–28249 (2020); https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.07.325
  50. P. Markovsky, J. Janiszewski, D. Savvakin, O. Stasyuk, B. Fikus, V. Samarov, V. Ellison, and S. Prikhodko, Def. Technol., 39: 1–14 (2024); https://doi.org/10.1016/j.dt.2024.04.002
  51. W.J. Bruchey, Suppression of Material Failure Modes in Titanium Armors (Army Research Laboratory Report ARL-TR-3124: 2003).
  52. J. Pu, T. Chen, Y. Sun, W. Long, H. Sun, and Y. Chen, Coatings, 14, No. 9: 1096 (2024); https://doi.org/10.3390/coatings14091096
  53. A. Patnaik, N. Poondla, U. Bathini, Proc. Int. Symp. ‘Processing and Fabrication of Advanced Materials — XVIII’ (December 12–14, 2009, Sendai, Japan), vol. 2, p. 831–848.
  54. K.B. Panda and K.S. Ravi Chandran, Metall. Mater. Trans. A, 34, No. 9: 1993–2003 (2003); https://doi.org/10.1007/s11661-003-0164-3
  55. M. Radhakrishnan, M. Hassan, B. Long, D. Otazu, T. Lienert, and O. Anderoglu, Additive Manufacturing, 46: 102198 (2021); https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102198
  56. A. Jimoh, I. Sigalas, and M. Hermann, Mater. Sci. Appl., 3, No. 1: 30–35 (2012); https://doi.org/10.4236/msa.2012.31005
  57. M. Motyka, S. Mróz, W. Więckowski, A. Stefanik, W. Ziaja, M. Poręba, and J. Adamus, Arch. Civ. Mech. Eng., 24, No. 3: (2024); https://doi.org/10.1007/s43452-024-01005-5
  58. P.E. Markovsky, D.V. Kovalchuk, S.V. Akhonin, D.G. Savvakin, O.O. Stasiuk, D. Shwab, D.V. Oryshych, M.A. Skoryk, and V.P. Tkachuk, Prog. Phys. Met., 24, No. 4: 715–740 (2023); https://doi.org/10.15407/ufm.24.04.715

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