Сучасна електрометалургія, 2022, №02



2022 №02 (05)

DOI of Article 10.37434/sem2022.02.06

2022 №02 (07)

---

Сучасна електрометалургія, 2022, #2, 39-49 pages

Структура та властивості економнолегованого титанового сплаву Ti–2,8Al–5,1Mo–4,9Fe електронно-променевої плавки

В.А. Костін, О.М. Берднікова, С.Г. Григоренко, Т.Г. Таранова, О.С. Кушнарьова, В.В. Жуков

ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua

Реферат
Досліджено експериментальні економнолеговані сплави титану Ti–2,8Al–5,1Mo–4,9Fe та Ti–1,5Fe–0,4O, що отримані способом електронно-променевої плавки з проміжною ємністю. Проведено металографічні, структурні, рентгеноструктурні, електронномікроскопічні дослідження на просвіт, побудовано термокінетичні діаграми перетворення титанових сплавів та визначено критичні швидкості охолодження, проведено фізичне та комп’ютерне моделювання фазових перетворень у дослідних титанових сплавах. Встановлено, що економнолегований титановий сплав Ti–2,8Al–5,1Mo–4,9Fe є двофазним псевдо-β-сплавом, а сплав Ti–1,5Fe–0,4O — двофазним псевдо-α-сплавом. Встановлено, що у сплаві Ti–2,8Al–5,1Mo–4,9Fe зміцнення відбувається за рахунок утворення дисперсних частинок інтерметалідів титану Mо9Ti4 та Fe2Ti, а у сплаві Ti–1,5Fe–0,4O — дисперснозміцнюючими частинками оксидів титану Ti3O5, Ti4Fe2O та FeTiO. Економнолегований титановий сплав Ti–2,8Al–5,1Mo–4,9Fe має більш високі показники міцності у порівнянні з показниками міцності сплаву Ti–1,5Fe–0,4O, але менші показники пластичності та ударної вʼязкості. Критична швидкість охолодження для дослідного титанового сплаву Ti–2,8Al–5,1Mo–4,9Fe складає 20 °С/с. Бібліогр. 32, табл. 4, рис. 9.
Ключові слова:: економнолеговані сплави титану; електронно-променева плавка; мікроструктура; альфа- та бета-фази титану; дисперснозміцнюючі частинки; оксиди титану; інтерметаліди; структурні перетворення; Gleeble 3800; моделювання

Received 07.04.2022

Список літератури

1. Peters, M., Hemptenmacher, J., Kumpfert, J., Leyens, C. (2003) Structure and properties of titanium and titanium alloys. Titanium and titanium alloys — fundamentals and applications. Wiley-VCH. http://dx.doi.org/10.1002/3527602119.ch1
2. Leyens, C., Peters, M., Kaysser, W.A. (2001) Oxidation resistant Ti–Al–(Cr) coatings for titanium alloys and titanium aluminides. Titanium’99: Science and Technology, II. Wiley-VCH, 866–875. https://elib.dlr.de/17219/
3. Leyens, C., Peters, M. (2003) Titanium and titanium alloys. Fundamentals and applications. WILEY-VCH, Germany. http://dx.doi.org/10.1002/3527602119
4. Noriyuki Hiramatsu (2014) Aviation and space (materials). J. of the Japan Welding Society, 83(2), 117–123. http://dx.doi.org/10.2207/jjws.83.117
5. Basim A. Khidhir, Yassin Mustafa Ahmed, Ksm Sahari, Mahadzir Ishak (2012) Titanium and its alloy. Int. J. of Sci. and Research (IJSR), 3(10). https://www.researchgate.net/publication/267034976_Titanium_and_its_Alloy
6. Wollmann, M., Kiese, J., L., Wagner (2012) Properties and applications of titanium alloys in transport. https://www. researchgate.net/publication/285751817_Properties_and_applications_of_titanium_alloys_in_transport
7. Ikuhiro Inagaki, Tsutomu Takechi, Yoshihisa Shirai, Nozomu Ariyasu (2014) Application and features of titanium for the aerospace industry. Nippon Steel & Sumitomo Metal Technical Report, 106, 22–27. https://www.nipponsteel.com/en/tech/report/nssmc/pdf/106-05.pdf
8. Salihua Sani, A., Suleimanb, Y.I., Eyinavia, A.I. Abdullahi Usmana (2019) Classification, properties and applications of titanium and its alloys used in aerospace, automotive, biomedical and marine industry. Int. J. of Precious Engineering Research and Applications (IJPERA), 4(3), 23–36. http://www.ijpera.com/papers/Vol-4iss-3/E04032336.pdf
9. Boyer, R.R. (2010) Attributes, characteristics and applications of titanium and its alloys. JOM, Metals & Materials Society, 62(5), 21–24. http://dx.doi.org/10.1007/s11837-010-0071-1
10. Birhan Sefer (2014) Oxidation and Alpha case phenomena in titanium alloys used in aerospace industry: Ti–6Al–2Sn–4Zr–2Mo and Ti–6Al–4V (publish. PhD thesis from Lulea University of Technology).
11. Uhlmann, E., Kersting, R., Klein, T.B. et al. (2015) Additive manufacturing of titanium alloy for aircraft components Proc. of CIRP, 35, 55–60. http://dx.doi.org/10.1016/j.procir.2015.08.061
12. Yanko, T., Brener, V., Ovchinnikov, O. (2020) Production of spherical titanium alloy powders used in additive manufacturing from titanium scrap. MATEC Web Conf., 321, 07008. https://doi.org/10.1051/matecconf/202032107008
13. Smythe, S.A., Thomas, B.M., Jackson, M. (2020) Recycling of titanium alloy powders and swarf through continuous extrusion (ConformTM) into affordable wire for additive manufacturing. Metals, 10, 843. https://doi.org/10.3390/met10060843
14. Motyka, M., Kubiak, K., Sieniawski, J., Ziaja, W. (2014) Phase transformations and characterization of α+β titanium alloys. Comprehensive Materials Processing, Elsevier, 7–36. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-096532-1.00202-8.
15. Conrad, H. (1981) Effect of interstitial solutes on the strength and ductility of titanium. Progress in Mat. Sci., 26(2–4), 123–403. http://dx.doi.org/10.1016/0079-6425(81)90001-3
16. Jun Zhu, Akira Kamiya, Takahiko Yamada et al. (2003) Influence of boron addition on microstructure and mechanical properties of dental cast titanium alloys. Mater. Sci. & Engin. A, 339(1–2), 53-62. http://dx.doi.org/10.1016/S0921-5093(02)00102-8
17. Tomohiro Ando, Koichi Nakashima, Toshihiro Tsuchiyama, Setsuo Takaki (2007) Precipitation of fine beta-phase in high nitrogen titanium alloy. Proc. of Conf. Ti-2007 Science and Technology. Ed. by M. Ninomi. The Japan Institute of Metals, 447–450.
18. Marie Koike, Chikahiro Ohkubo, Hideki Sato et al. (2005) Evaluation of cast Ti–Fe–O–N alloys for dental applications. Mater. Sci. & Engin. C, 25(3), 349–356. http://dx.doi.org/10.1016/j.msec.2005.04.002
19. Ding, C., Liu, C., Zhang, L. et al. (2021) Design of lowcost and high-strength titanium alloys using pseudo-spinodal mechanism through diffusion couple technology and CALPHAD. Materials, 14, 2910. https://doi.org/10.3390/ma14112910
20. (1996) Titanium’95. Sci. and Technol. Proc. 8th World Conf. on Titanium 1995. Birmingham (UK, London). The Institute of Materials, The University Press, Cambridge, 3, 1911−2914.
21. Weiss, I., Semiatin S.L. (1998) Thermomechanical processing of beta titanium alloys — an overview. Mat. Sci. Eng. A, 243, 46–65.
22. Ivasishin, O.M., Markovsky, P.E., Matviychuk, Yu.V. et al. (2008) A comparative study of the mechanical properties of high-strength β-titanium alloys. J. Alloys and Compound, 457(1–2), 296-309. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.03.070
23. Akhonin, S.V., Bilous, V.Yu., Berezos, V.O. et al. (2020) Structure and properties of structural sparsely-doped alloys produced by EBM. Suchasna Elektrometal., 4, 7–15 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.37434/sem2020.04.02
24. Hrygorenko, S.G., Taranova, T.G., Kostin, V.A. et al. (2021) Influence of heat treatment on the structure and fracture mode of welded joints of sparsely-alloyed titanium alloy. Ibid., 3, 42–48 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.37434/ sem2021.03.07
25. Ivasishin, O.M., Akhonin, S.V., Savvakin, D.G. et al. (2018) Effect of microstructure, deformation mode and rate on mechanical behavior of electron-beam melted Ti–6Al–4V and Ti–1.5Al–6.8Mo–4.5Fe alloys. Usp. Fiz. Met., 19(3), 309– 336. https://doi.org/10.15407/ufm.19.03.309
26. Popova, L.E., Popov, A.A. (1991) Diagrams of the transformation of austenite in steels and beta solution in titanium alloys. 3rd Ed. Moscow, Metallurgiya.
27. Lukas, H.L., Fries, S.G., Sundman, B. (2007) Computational Thermodynamics: The Calphad Method. Cambridge, U.K., Cambridge University Press. http://dx.doi.org/10.1017/CBO9780511804137
28. Dinsdale, A.T. (1991) SGTE data for pure elements. Calphad, 15(4), 317. http://dx.doi.org/10.1016/0364-5916(91)90030-N
29. Buchmayr, B., Kirkaldy, J.S. (1990) Modeling of the temperature field, transformation behavior, hardness and mechanical response of low alloy steels during cooling from the austenite region. J. Heat Treating, 127–136. https://doi.org/10.1007/BF02831633
30. Porter, D.A., Easterling, K.E. (1992) Phase transformations in metals and alloys. Chapman & Hall, London. http://dx.doi.org/10.1201/9781003011804
31. Saunders, N., Li, X., Miodownik, A.P., Schille, J.-P. (2003) An integrated approach to the calculation of materials properties for Ti-alloys. Proc. of 10th World Conf. on Titanium (Hamburg, Germany 13–18 July 2003). Vol. 1. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KgaA, 197–204.
32. Kirkaldy, J.S., Venugopalan, D. (1984) Phase transformation in ferrous alloys. A.R. Marder and J.I. Goldstein Eds. AIME, Philadelphia, 125–148.

---

Реклама в цьому номері:

---