DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2023.8(39).1.3-9

Мікроструктура поверхневого шару титанового сплаву модифікованого вакуумним іонним азотуванням в імпульсному режимі

В.І. Калініченко, А.В. Рутковський, С.І. Маркович

Об авторах

В.І. Калініченко, старший науковий співробітник, кандидат технічних наук, Інститут проблем міцності ім. Г. С. Писаренко НАН України, м. Київ, Україна, e-mail: coating@ipp.kiev.ua, ORCID ID: 0000-0002-0808-1613

А.В. Рутковський, старший науковий співробітник, кандидат технічних наук, Інститут проблем міцності ім. Г. С. Писаренко НАН України, м. Київ, Україна, e-mail: rut2000@ukr.net

С.І. Маркович, доцент, кандидат технічних наук, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, e-mail: marko60@ukr.net, ORCID ID: 0000-0003-1393-2360

Анотація

Проведено металографічне дослідження мікроструктури модифікованих поверхонь титанових сплавів зі специфічною структурою та глибиною дифузійного шару, заповненої азотом. Встановлено що азотування (до 900ᵒС) в тліючому розряді титану ВТ1-0 та ВТ1-00 дозволяє значно підвищити мікротвердість за рахунок властивостей азоту та його сполук з титаном, зберігаючи при цьому вихідні механічні властивості матеріалу основного матеріалу. Зміна параметрів процесу азотування (температура, тиск, середовище зберігання та година азотування), що призводить до зміни фізико-механічних характеристик, структури, складу, фазового та хімічного складу поверхні азотованого шару: мікротвердість поверхні до 10500 МПа; товщина азотованого шару до 500 мікрон; товщина нітридного шару до 25 мікрон; різниця зсуву фаз TiN, Ti2N, Ti(N); різний градієнт твердості по глибині, що дозволяє оптимізувати потужність поверхні кулі в конкретних умовах експлуатації.

Ключові слова

мікроструктура, титанові сплави, модифікована поверхня, азотування, мікротвердість

Повний текст:

PDF

Посилання

1. Ljashenko, B.A., Rutkovskij, A.V. & Mirnenko, V.I. (2004). Poverhnostnoe uprochnenie titanovyh splavov dlja perspektivnyh razrabotok [Surface hardening of titanium alloys for advanced developments]. Artillerijskoe i strelkovoe vooruzhenie  Artillery and small arms, 2, 50–53 [in Russian].

2. Nazmy, M. & Staubli, M. (1994). Alloy modification of γTiAl for improved mechanical properties. Scr. met. Et mater, Vol. 31, №7. Р. 829-833 [in English].

3. Sharkeev, Ju.P., Kukareko, V.A., Eroshenko, A.Ju. et al. (2011)`. Ionnaja implantacija kak metod povyshenija ciklicheskoj dolgovechnosti titana v krupnozernistom i ul'tramelkozernistom sostojanijah [Ion implantation as a method for increasing the cyclic durability of titanium in coarse-grained and ultrafine-grained states]. Perspektivnye materialy  Promising materials, 12, 136 – 142 [in Russian].

4. Ivanov, Ju.F., Teresov, A.D., Gromov, V.E., Budovskih, E.A. & Klopotov, A.A. (2014). Strukturno-fazovye sostojanija nanostrukturirovannyh poverhnostnyh sloev titana VT1-0 posle kombinirovannoj jelektronno-ionno-plazmennoj obrabotki [Structural-phase states of nanostructured surface layers of titanium VT1-0 after combined electron-ion-plasma treatment]. Reshetnevskie chtenija  Reshetnev readings, Vol. 1, S. 291-293 [in Russian].

5. Hohaiev, K.O. & Radchenko, O.K. (2001). Deformuvannia tytanovykh splaviv prokatuvanniam [Deformation of rolled titanium alloys]. Metaloznavstvo ta obrobka metaliv  Metal science and processing of metals,4, 25–29 [in Ukrainian].

6. Shalapko, Yu.I. & Honcharov, V.V. (1999). Pidvyshchennia antyfryktsiinykh vlastyvostei tytanovoho splavu OT4 pry lazernomu oprominiuvanni poverkhni [Goncharov V.V. Increasing the antifriction properties of the OT4 titanium alloy during laser irradiation of the surface]. Visn. Tekhnol. un–tu Podillia  Visn. Technol. Podillia University, 6, 177–178 [in Ukrainian].

7. Yue, T.M., Cheung, T.M. & Man, H.C. (2000). The effects of laser surface treatment on the corrosion properties of Ti-6Al-4V alloy in Hank’s solution. J. Mater. Sci. Lett. 19, №3, Р. 205–208 [in English].

8. Gurrappa, I. (2001). Effect of aluminizing on the oxidation of the titanium alloy, IMI 834. Oxid. Metals. 56, №1-2, Р. 73-87 [in English].

9. Fedirko, V., Yaskiv, O. & Prytula, A. (2003). Azotuvannia i boruvannia tytanovykh splaviv - perspektyvy kombinovanoho obroblennia [Nitriding and boronizing of titanium alloys - prospects for combined processing]. Mashynoznavstvo  Mechanical engineering,4, 23–26 [in Ukrainian].

10. Fedorak, R.M. (1998). Dyfuziine zaliznennia ta tsementatsiia tytanu [Diffusion fertilization and cementation of titanium]. Metaloznavstvo ta obrobka metaliv  Metallurgy and metal processing, 4, 52–55 [in Ukrainian].

11. Liashenko, B.A. (2005). O dostoynstvakh tekhnolohyy vakuumnoho azotyrovanyia [About the advantages of vacuum nitriding technology]. Oborudovanye y ynstrument  Equipment and tools, 12, 20-21 [in Russian].

12. Rutkovskyi, A.V., Markovych, S.I. & Mykhailiuta, S.S. (2022). Analiz napruzheno-deformovanoho stanu ionnoazotovanykh zrazkiv iz pokryttiam v umovakh izotermichnoi ta termotsyklichnoi povzuchosti [Analysis of the stress-strain state of ion-nitrogenized coated samples under isothermal and thermocyclic creep conditions]. Tsentralnoukrainskyi naukovyi visnyk. Tekhnichni nauky  Central Ukrainian scientific bulletin. Technical sciences, Vol. 6(37), part. I, 3-9 [in Ukrainian].

13. Rutkovskyi, A.V., Markovych, S.I. & Mykhailiuta, S.S. (2020). Teplostiikist ionnoazotovanykh aliuminiievykh splaviv pry izotermichnomu ta termotsyklichnomu vplyvi [Heat resistance of ion-nitrogenized aluminum alloys under isothermal and thermocyclic exposure]. Tsentralnoukrainskyi naukovyi visnyk. Tekhnichni nauky  Central Ukrainian scientific bulletin. Technical sciences, Vol. 3(34), 72-81 [in Ukrainian].

Пристатейна бібліографія ГОСТ

  1. Ляшенко Б.А., Рутковский А.В., Мирненко В.И. Поверхностное упрочнение титановых сплавов для перспективных разработок. Артиллерийское и стрелковое вооружение. 2004. №2. С. 50–53.
  2. Nazmy M., Staubli M. Alloy modification of γTiAl for improved mechanical properties (Поліпшення механічних властивостей сплаву γTiAl шляхом модифікації). Scr. met. Et mater. 1994. 31, №7. Р. 829-833.
  3. Шаркеев Ю.П., Кукареко В.А., Ерошенко А.Ю. и др. Ионная имплантация как метод повышения циклической долговечности титана в крупнозернистом и ультрамелкозернистом состояниях. Перспективные материалы. 2011. №12. С. 136 – 142.
  4. Иванов Ю.Ф., Тересов А.Д., Громов В.Е., Будовских Е.А., Клопотов А.А. Структурно-фазовые состояния наноструктурированных поверхностных слоев титана ВТ1-0 после комбинированной электронно-ионно-плазменной обработки. Решетневские чтения. 2014. Т. 1, С. 291-293.
  5. Гогаєв К.О., Радченко О.К. Деформування титанових сплавів прокатуванням. Металознавство та обробка металів. 2001. №4. С. 25–29.
  6. Шалапко Ю.І., Гончаров В.В. Підвищення антифрикційних властивостей титанового сплаву ОТ4 при лазерному опромінюванні поверхні. Вісн. Технол. ун–ту Поділля. 1999. № 6. С. 177–178.
  7. Yue T.M., Cheung T.M., Man H.C. The effects of laser surface treatment on the corrosion properties of Ti-6Al-4V alloy in Hank’s solution. J. Mater. Sci. Lett. 2000. 19, №3. Р. 205–208.
  8. Gurrappa I. Effect of aluminizing on the oxidation of the titanium alloy, IMI 834 (Влияние алюминирования на окисление титанового сплава IMI 834). Oxid. Metals. 2001. 56, №1-2. Р. 73-87.
  9. Федірко В., Яськів О., Притула А. Азотування і борування титанових сплавів - перспективи комбінованого оброблення. Машинознавство. 2003. №4. С. 23–26.
  10. Федорак Р.М. Дифузійне залізнення та цементація титану. Металознавство та обробка металів. 1998. №4. С. 52–55.
  11. Ляшенко Б.А. О достоинствах технологии вакуумного азотирования. Оборудование и инструмент. 2005. №12. С. 20-21.
  12. Рутковский А. В., Маркович С.І., Михайлюта С.С. Аналіз напружено-деформованого стану іонноазотованих зразків із покриттям в умовах ізотермічної та термоциклічної повзучості. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2022. Вип. 6(37), ч. І. С. 3-9
  13. Рутковський А.В., Маркович С.І., Михайлюта С.С. Теплостійкість іонноазотованих алюмінієвих сплавів при ізотермічному та термоциклічному впливі. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2020. Вип. 3(34). С. 72-81

Copyright (c) 2023 В.І. Калініченко, А.В. Рутковський, С.І. Маркович