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

Лазерне оброблення титанових стопів

ГІРЖОН В.В.$^{1}$, СМОЛЯКОВ О.В.$^{1}$, ГРЕШТА В.Л.$^{1}$, ЄМЕЛЬЯНЧЕНКО В.В.$^{1}$, РАЗЗОКОВ А.Ш.$^{2}$

$^1$Національний університет «Запорізька політехніка», вулиця Жуковського, 64, 69063 Запоріжжя, Україна
$^2$Ургенчський державний університет, вул. Х. Алімджана, 14, 220100 Ургенч, Узбекистан

Отримано 22.04.2024, остаточна версія 02.11.2024 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
Методами рентґенівської та металографічної аналіз досліджено структурний і фазовий стани поверхневих шарів титанових стопів ВТ1-0, ВТ3-1, ВТ-6 і ВТ-8 після лазерних оброблень у різних газових середовищах, стопу ВТ25-У після проведення ґвинтової екструзії та наступного лазерного оброблення, стопу ВТ1-0 після лазерного леґування порошками чистих елементів Fe, Co, Ni. Показано, що зазначені типи оброблень приводять до зростання значень мікротвердости поверхневих шарів. Проаналізовано вплив атмосфери оточувального газу та хемічного складу титанових стопів на процеси структуроутворення за лазерного отоплення їх і на значення мікротвердости оброблених шарів. Досліджено вплив лазерного оброблення поверхні спечених однофазних порошкових титанових стопів типу ВТ1-0 на рівень пористости в зоні отоплення. Встановлено, що мікротвердість у зоні лазерного отоплення стопу ВТ25У перевищує мікротвердість зразків після термічних оброблень і ґвинтової екструзії. Тому наведені способи лазерного оброблення поверхонь слугують ефективним методом оброблення поверхні титанових стопів, оскільки якісно впливають на структуру, що в свою чергу сприяє поліпшенню механічних характеристик поверхневих шарів.

Ключові слова: лазерне оброблення, лазерне леґування, зона отоплення, мартенситне перетворення, мікротвердість, фазовий склад.

DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.25.04.787

Citation: V.V. Girzhon, O.V. Smolyakov, V.L. Greshta, V.V. Yemelianchenko, and A.Sh. Razzokov, Laser Treatment of Titanium Alloys, 25, No. 4: 787–821 (2024)

Цитована література   
  1. G.D. Revankar, R. Shetty, S.S. Rao, and V.N. Gaitonde, J. Mater. Res. Technol., 6, No. 1: 13 (2017); https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2016.03.007
  2. O.M. Ivasishin, P.E. Markovsky, S.L. Semiatin, and C.H. Ward, Mater. Sci. Eng. A, 405, No. 1-2: 296 (2005); https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.06.027
  3. O.M. Ivasishin, P.E. Markovsky, Yu.V. Matviychuk, S.L. Semiatin, C.H. Ward, and S. Fox, J. Alloys Comp., 457, Nos. 1–2: 296 (2008); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.03.070
  4. D. Kuroda, M. Niinomi, M. Morinaga, Y. Kato and T. Yashiro, Mater. Sci. Eng. A, 243, Nos. 1–2: 244 (1998); https://doi.org/10.1016/S0921-5093(97)00808-3
  5. T. Saito, T. Furuta, J.W. Hwang, S. Kuramoto, K. Nishino, N. Suzuki, R. Chen, A. Yamada, K. Ito, Y. Seno, T. Nonaka, H. Ikehata, N. Nagasako, C. Iwamoto, Y. Ikuhara, and T. Sakuma, Science, 300, No. 5618: 464 (2003); https://doi.org/10.1126/science.1081957
  6. M.A.H. Gepreel and M. Niinimi, J. Mech. Behav. Biomed. Mater., 20: 407 (2013); https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2012.11.014
  7. M. Motyka, W. Ziaja, and J. Sieniawski, Titanium Alloys — Novel Aspects of Their Manufacturing and Processing (London: Intechopen: 2019), p. 154; https://doi.org/10.5772/intechopen.83722
  8. A. Yamashita, D. Yamaguchi, Z. Horita, and T. G. Langdon, Mater. Sci. Eng. A, 287, No. 1: 100 (2000); https://doi.org/10.1016/S0921-5093(00)00836-4
  9. Y.G. Kо, D.Y. Hwang, D.H. Shin, S. Lee, and C. S. Lee, Mater. Sci. Eng. A, 493, Nos. 1–2: 164 (2008); https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.06.091
  10. R. Lapovok, D. Tomus, and B.C. Muddle, Mater. Sci. Eng. A, 490, Nos. 1–2: 171 (2008); https://doi.org/10.1016/j.msea.2008.01.075
  11. H.P. Ng, C. Haase, R. Lapovok, and Y. Estrin, Mater. Sci. Eng. A, 565: 369 (2013); https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.12.071
  12. V.S. Trush, І.М. Pohreliuk, and V.M. Fedirko, Physical Metallurgy and Heat Treatment of Metals, 94, No. 3: 65 (2021); https://doi.org/10.30838/J.PMHTM.2413.010721.65.783
  13. D. Nolan, S.W. Huang, V. Leskovsek, and S. Braun, Surf. Coat. Technol., 200, Nos. 20–21: 5698 (2006); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.08.110
  14. I.M. Pohrelyuk, M.V. Kindrachuk, and S.M. Lavrys’, Physicochemical Mechanics of Materials, No. 1: 56 (2016) (in Ukrainian).
  15. A. Zhecheva, S. Malinov, and W. Sha, Surf. Coat. Technol., 201, No. 6: 2467 (2006); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.04.019
  16. K. Tokaji, T. Ogawa, and H. Shibata., J. of Mater. Eng. Perform., 8, No. 2: 159 (1999); https://doi.org/10.1361/105994999770346990
  17. A. Zhecheva, W. Shaa, S. Malinov, and A. Long., Surf. Coat. Technol., 200, No. 7: 2192 (2005); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.07.115
  18. O. Tisov, M. Lepicka, Yu. Tsybrii, A. Yurchuk, M. Kindrachuk, and O. Dukhota, Metals, 12, No. 1: 100 (2022); https://doi.org/10.3390/met12010100
  19. S. Madhukar, P.V. Sai, S. Kumar, and D.J. Prakash, Int. J. Curr. Eng. Technol., 7, No. 1: 238 (2017).
  20. A.F. Yetim, A. Alsaran, I. Efeoglu, and A. Celik, Surf. Coat. Technol., 202, No. 11: 2428 (2008); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2007.08.027
  21. D. Ferro, M. Barinov, J.V. Ran, A. Latini, R. Scandurra, and B. Brunetti, Surf. Coat. Technol., 200, No. 16: 4701 (2006); https://doi.org/1016/j.surfcoat.2005.02.150
  22. D. Ferro, J.V. Rau, A. Generosi, V. Rossi Albertini, A. Latini, and S.M. Barinov, Surf. Coat. Technol., 202, No. 10: 2162 (2008); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2007.09.008
  23. Y.Y. Liu, Z.K. Yao, H.Z. Guo, and H.H. Yang, Int. J. Min. Met. Mater., 16, No. 5: 568 (2009); https://doi.org/10.1016/S1674-4799(09)60098-4
  24. T. Mohandas, D. Banerjee, and V. V. Kutumbarao, Mater. Sci. Eng. A, 269, Nos. 1–2: 217 (1999); http://doi.org/10.1016/S0921-5093(99)00172-0
  25. V.P. Rotshtein, D. I. Proskurovsky, G. E. Ozur, Yu. F. Ivanov, and A.B. Markov, Surf. Coat. Technol., 180–181: 377 (2004); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2003.10.085
  26. D. Utu, G. Marginean, C. Pogan, W. Brandi, and V A. Serban, Surf. Coat. Technol., 201, No. 14: 6387 (2007); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.12.012
  27. V.F. Bashev., O.E. Beletskaya, N.A. Korovina, N.A. Kutseva, and A.A. Lysenko, Phys. Chem. Solid State, 6, No. 1: 141 (2005) (in Ukrainian).
  28. B. Courant, J.J. Hantzpergue, L. Avril, and S. Benayoun, J. Mater. Proces. Technol., 160, No. 3: 374 (2005); https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2004.06.025
  29. Y. Tian, C. Chen, S. Li, and Q. Huo, Appl. Surf. Sci., 242, Nos. 1–2: 177 (2005); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2004.08.011
  30. G. Luo, G. Wu, Z. Huang, and Z. Ruan, Mater. Charact., 60, No. 6: 525 (2009); https://doi.org/10.1016/j.matchar.2008.12.009
  31. A. Poulon-Quintin, I. Watanabe, E. Watanabe, and C. Bertrand, Dent. Mater., 28, No. 9: 945 (2012); https://doi.org/10.1016/j.dental.2012.04.008
  32. Q. Qiao, V.A.M. Cristino, L.M. Tam, and C.T. Kwok, Surf. Coat. Technol., 458: 129357 (2023); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2023.129357
  33. Z. D. Liu, X.C. Zhang, F.Z. Xuan, Z.D. Wang, and S.T. Tu, Mater. Design, 37: 268 (2012); https://doi.org/10.1016/j.matdes.2011.12.008
  34. X.B. Liu, X.J. Meng, H.Q. Liu, G.L. Shi, S.H. Wu, C.F. Sun, M.D. Wang, and L.H. Qi, Mater. Design., 55: 404 (2014); https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.09.038
  35. B. Ruiliang, Y. Huijun, C. Chuanzhong, Q. Biao, and Z. Lijian, Surf. Rev. Lett., 13, No. 5: 645 (2006); https://doi.org/10.1142/S0218625X06008608
  36. B.F. Mohazzab, B. Jaleh, A. Fattah-alhosseini, F. Mahmoudi and A. Momeni, Surfaces and Interfaces, 20, 100597 (2020); https://doi.org/10.1016/j.surfin.2020.100597
  37. D.I. Anpilogov and V.V. Girzhon, Ukr. J. Phys., 3, No. 42: 301 (1997) (in Ukrainian).
  38. R. Filip, J. Achiev. Mater. Manuf. Eng., 15, No. 2: 174 (2006).
  39. V.V. Girzhon, V.V. Yemelianchenko, O.V. Kushch, and I.O. Bykov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 42, No. 4: 553 (2020) (in Ukrainian); https://doi.org/10.15407/mfint.42.04.0553
  40. H. Okamoto, J. Phase Equilib. Diffus., 32: 473 (2011); https://doi.org/10.1007/s11669-011-9935-5
  41. H. Okamoto, J. Phase Equilib. Diffus., 34: 151 (2013); https://doi.org/10.1007/s11669-012-0153-6
  42. V.V. Girzhon and O.V. Kushch, Sposib Zmitsnennya Detalei z Legovanoho Tytanovoho Splavu [Method of Strengthening Details Made from Alloyed Titanium Alloy] (2021) (in Ukrainian); https://web.znu.edu.ua/NIS/2021/getdocument__7_.pdf
  43. X. Chen, G. Wu, R. Wang, W. Guo, J. Yang, S. Cao, Y. Wang, and W. Han, Surf. Coat.Tech., 201, Nos. 9–11: 4843 (2007); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.07.186
  44. U. Zwicker, Titan und Titanlegierungen (Heidelberg: Springer Berlin: 2013); https://doi.org/10.1007/978-3-642-80587-5
  45. S. Gokul Lakshmi, D. Arivuoli, and B. Ganguli, Mater. Chem. Phys., 76, No. 2: 187 (2002); https://doi.org/10.1016/S0254-0584(01)00517-X
  46. A.S. Gornakova, B.B. Straumal, and S.I. Prokofiev, Adv. Eng. Mater., 2018, 1800510 (2018); https://doi.org/10.1002/adem.201800510
  47. M. Sujata, M. Madan, K. Raghavendra, and S.K. Bhaumik, Procedia Eng., 55: 481 (2013); https://doi.org/10.1016/j.proeng.2013.03.284
  48. Titanium and Titanium Alloys: Fundamentals and Applications (Eds. C. Leyens and M. Peters) (Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA: 2003); https://doi.org/10.1002/3527602119
  49. C. Carson, Heat Treating of Titanium and Titanium Alloys (Eds. G.E. Totten) (ASM International: 2016), p. 511; https://doi.org/10.31399/asm.hb.v04e.a0006283
  50. P. Yadav and K. K. Saxena, Mater. Today Proc., 18, No. 2: 245 (2022); https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.02.106
  51. V.V. Girzhon, O.V.Smolyakov, O.V. Ovchinnikov, and O.V. Zavgorodny, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 44, No. 3: 383 (2022); https://doi.org/10.15407/mfint.44.03.0383
  52. H.A. Wriedt and J.L. Murray, Bull. Alloy Phase Diagrams, 8, No. 4: 378 (1987); https://doi.org/10.1007/BF02869274
  53. V.V. Girzhon, O.V. Smolyakov, and T.A. Dmitrenko, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 39, No. 8: 1087 (2017) (in Russian); https://doi.org/10.15407/mfint.39.08.1087
  54. U. Mahajan, M. Dhonde, K. Sahu, P. Ghoshc, and P.M. Shirage, Mater. Adv., 5, 846 (2024); https://doi.org/10.1039/D3MA00965C
  55. Z. Wang, Y. Tan, and N. Li, J. Alloys Compd., 965: 171030 (2023); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.171030
  56. A. Salihua, Y.I. Suleimanb, and A. I. Eyinavia, AJER, 8, No. 8: 92 (2019).
  57. Z.Z. Fang, J.D. Paramore, P. Sun, K.S. Ravi Chandran, Y. Zhang, Y. Xia, F. Cao, M. Koopman, and M. Free, Int. Mater. Rev., 63, No. 7: 407 (2018); https://doi.org/10.1080/09506608.2017.1366003
  58. Titanium Powder Metallurgy: Science, Technology and Applications (Eds. M. Qian and F.H. Froes) (Butterworth-Heinemann: 2015), p. 628; https://doi.org/10.1016/C2013-0-13619-7
  59. F.H. Froes, S.J. Mashl, J.C. Hebeisen, V.S. Moxson, and V.A. Duz, JOM, 56: 46 (2004); https://doi.org/10.1007/s11837-004-0252-x
  60. I.V. Gaivoronskii, V.V. Girzhon, A.A. Skrebtsov, and A.V. Ovchinnikov, Met. Sci. Heat Treat., 56, Nos. 1–2: 57 (2014); https://doi.org/10.1007/s11041-014-9703-3
  61. G.A. Salishchev, R.M. Galeev, S.P. Malysheva, S.V. Zherebtsov, S.Yu. Mironov, O.R. Valiakhmetov, and É.I. Ivanisenko, Met. Sci. Heat Treat., 48, Nos. 1–2: 63 (2006); https://doi.org/10.1007/s11041-006-0045-7
  62. V.E. Olshanetskii, L.P. Stepanova, V.L. Greshta, D.V. Pavlenko, and D.V. Tkach, Met. Sci. Heat Treat., 55, Nos. 11–12: 603 (2014); https://doi.org/10.1007/s11041-014-9676-2
  63. R.A. Gaisin, V.M. Imayev, and R.M. Imayev, Lett Mater., 7, No. 2: 186 (2017); https://doi.org/10.22226/2410-3535-2017-2-186-192
  64. V.V. Girzhon and A.V. Ovchinnikov, Met. Sci. Heat Treat., 58, Nos. 11–12: 719 (2017); https://doi.org/10.1007/s11041-017-0084-2
  65. Y. Beygelzimer, Mechan. Mater., 37, No. 7: 735 (2005); https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2004.07.006
  66. R.Z. Valiev, A.V. Sergueeva, and A.K. Mukherjee, Scr. Mater., 49, No. 7: 669 (2003); https://doi.org/10.1016/S1359-6462(03)00395-6
  67. V.V. Girzhon and I.V. Tahtsiura, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 27, No. 11: 1519 (2005).
  68. I.P. Volchok, V.V. Girzhon, and I.V. Tantsiura, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 33, No. 8: 1111 (2011).
  69. M.Kh. Abbas and A.K. Mahmoud, Mater. Today Proc., 4, No. 9: 9992 (2017); https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.06.308
  70. C. Dong, Z.K. Hei, L.B. Wang, Q.H. Song, Y.K. Wu, and K.H. Kuo, Scr. Metal., 20, No. 8: 1155 (1986); https://doi.org/10.1016/0036-9748(86)90194-8
  71. V.V. Gіrzhon, O.V. Smolyakov, and O.F. Zdorovets, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 39, No. 4: 507 (2017); https://doi.org/10.15407/mfint.39.04.0507
  72. H. Okamoto, M.E. Schlesinger, and E.M. Mueller, Alloy Phase Diagrams (ASM International: 2016), p. 1741; https://doi.org/10.31399/asm.hb.v03.9781627081634
  73. M. Bignon, E. Bertrand, P.E.J. Rivera-Díaz-del-Castillo, and F. Tancret, J. Alloys Compd., 872: 159636 (2021); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.15963

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,