Исследование механических свойств образцов титанового сплава, подвергнутых комплексной обработке

   Цель. Исследование механических свойств образцов титанового сплава, подвергнутых комплексной обработке, включающей термоциклическую обработку, ионное низкотемпературное азотирование и электроискровое легирование.

   Методы. В качестве объекта упрочнения использовали пруток из титанового деформируемого сплава марки ВТ20. Термоциклическую обработку прутка осуществляли на установке ИМАШ 20-78. Ионное низкотемпературное азотирование проводили на установке ИОН. Электроискровое легирование поверхности образца производили на установке электроискрового легирования UR-121. Микротвёрдость образцов исследовали на приборе Instron. Износостойкость образцов исследовали на машине трения Tribometer.

    Результаты. Из полученных данных видно, что микротвердость упрочненных образцов титанового деформируемого сплава марки ВТ20 после термоциклирования увеличилась в 1,1 раза, после термоциклирования и азотирования – в 1,24 раза, после термоциклирования, азотирования и легирования – в 2,33 раза. Данному результату способствовала коагуляция зерен сплава ВТ20 и появление в его структуре фазы нитрида титана TiN. Из полученных данных видно, что среднее значение коэффициента трения упрочненных образцов титанового деформируемого сплава марки ВТ20 после термоциклирования снижается в 1,25 раза, после термоциклирования и азотирования – в 1,45 раза, после термоциклирования, азотирования и легирования – в 2 раза. Данному результату способствовало измельчение зерна сплава и коагуляция α-зерен.

   Заключение. В целом эволюции механических свойств исследуемых образцов способствовала эволюция их структурно-фазового состояния, а именно более мелкозернистая и высокотвердая поверхностная структура упрочненного материала. Применение предлагаемой технологии позволит получить титановые сплавы, которые по совокупности свойств должны превосходить отечественные и зарубежные аналоги.

1. Бубнов В.А., Костенко С.Г., Казаков С.И. Особенности деформирования и разрушения титановых сплавов при сжимающих нагрузках (на примере титанового сплава ВТ-6) // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2022. № 7. С. 35-37. EDN: YCVWIN.

2. Различные методы повышения износостойкости титановых сплавов и сравнительный анализ их эффективности применительно к титановому сплаву ВТ23М / С.В. Путырский, А.А. Арисланов, Н.И. Артеменко, А.Л. Яковлев // Авиационные материалы и технологии. 2018. № 1(50). С. 19-24. doi: 10.18577/2071-9240-2018-0-1-19-24. EDN: YNGXOH.

3. Захарова Л.В. Твердометаллическое охрупчивание титанового сплава ВТ20 в контакте с серебром, цинком и кадмием // Труды ВИАМ. 2019. № 9(81). С. 38-46. doi: 10.18577/2307-6046-2019-0-9-38-46. EDN: BYYBCP.

4. Лазерная сварка разнородных материалов на основе титанового сплава ВТ20 и алюминиевого сплава В-1461 / А.Г. Маликов, А.М. Оришич, И.Е. Витошкин, Е.В. Карпов, А.И. Анчаров // Прикладная механика и техническая физика. 2020. Т. 61, № 2(360). С. 175-186. doi: 10.15372/ PMTF20200218. EDN: WZHFLL.

5. Зеньков Е.В. Экспериментальные исследования прочности моделей шатунов автомобильных двигателей из титанового сплава ВТ20 // Международный научно-исследовательский журнал. 2021. № 11-1(113). С. 23-28. doi: 10.23670/IRJ.2021.113.11.006. EDN: AASZVE.

6. Влияние параметров деформационно-термической обработки на механические свойства титанового сплава ВТ20 / Л.И. Зайнуллина, Д.О. Стукалин, Ю. Дун, И.В. Александров // Materials. Technologies. Design. 2024. Т. 6, № 2(17). С. 74-80. doi: 10.54708/26587572_2024_621774. EDN: LLXWIG.

7. Повышение эксплуатационных свойств титанового сплава ВТ20 статико-импульсной обработкой / Е.В. Агеев, А.Ю. Алтухов, А.С. Переверзев, А.Е. Агеева // Упрочняющие технологии и покрытия. 2024. Т. 20, № 9(237). С. 393-397. doi: 10.36652/1813-1336-2024-20-9-393-397. EDN: RHVMAU.

8. Головкин П.А. Повышение качества штампованных поковок типа диск из титанового сплава ВТ20 // Титан. 2023. № 3(79). С. 34-39. EDN: PBYLNB.

9. Егоров С.А., Волков А.Е. Изменение энтальпии обратного мартенситного превращения в никелиде титана при термоциклировании под нагрузкой // Механика композиционных материалов и конструкций. 2019. Т. 25, № 1. С. 87-96. EDN: FTOFWR.

10. Палканов П.А., Кошуро В.А., Фомин А.А. Исследование состава, структуры и твердости титана, подвергнутого индукционному азотированию // Вопросы электротехнологии. 2022. № 4(37). С. 19-27. EDN: OWXVNG.

11. Электроискровая обработка титанового сплава ВТ20 твердым сплавом Т15К6 / Е.В. Агеев, А.Ю. Алтухов, Н.Н. Карпенко, А.Е. Агеева // Упрочняющие технологии и покрытия. 2025. Т. 21, № 5(245). С. 202-206. doi: 10.36652/1813-1336-2025-21-5-202-206. EDN: IAKIGU.

12. Ночовная Н.А., Ширяев А.А. Сравнительное исследование комплекса свойств высокотехнологичных листовых титановых сплавов псевдо-α и псевдо-β классов // Металлург. 2019. № 7. С. 65-70. EDN: FRCSXL.

13. Гайсин Р.А., Имаев В.М., Имаев Р.М. Микроструктура и механические свойства композита псевдо-α-титановый сплав/TiB, полученного in situ с помощью литья и подвергнутого деформационной и термической обработке // Физика металлов и металловедение. 2018. Т. 119, № 9. С. 961-970. doi: 10.1134/S0015323018090048. EDN: XVKVXR.

14. Азотирование титана ВТ1-0 в постоянном и импульсном режимах горения несамостоятельного тлеющего разряда с титановым полым катодом / В.В. Денисов, Ю.Х. Ахмадеев, Ю.А. Денисова, Ю.Ф. Иванов, Н.Н. Коваль, Е.В. Островерхов [и др.] // Известия вузов. Физика. 2017. Т. 60, № 10-2. С. 44-48. EDN: YPMVDL.

15. Structure of commercial titanium subjected to low-temperature ion nitriding / V.A. Kukareko, V.M. Konstantinov, N.A. Vereshchak, A.N. Grigorchik // Mechanics of Machines, Mechanisms and Materials. 2022. No. 1(58). P. 48-55. doi: 10.46864/1995-0470-2022-1-58-48-55. EDN: AUUNYP.

16. Электроискровое легирование поверхности сплавов на основе никеля и титана / В.Н. Гадалов, С.Г. Емельянов, Н.М. Игнатенко, И.В. Ворначева, В.И. Савельев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2016. № 1(18). С. 9-20. EDN: VVRZXR.

17. Колесников А.В., Михайлов И.В. Пневмотермическая формовка деталей и многослойных конструкций авиакосмической техники из титанового сплава ВТ20 // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26, № 1. С. 244-250. EDN: YZYOGT.

18. Исследование фазового состава и микротвёрдости композиционных материалов на основе акриловой смолы с включением наночастиц диоксида титана и частиц диоксида церия / А.И. Колпаков, В.А. Мамонтов, В.М. Пауков, С.А. Беляев, М.А. Пугачевский, А.И. Жакин [и др.] // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2025. Т. 15, № 1. С. 95-105. doi: 10.21869/2223-1528-2025-15-1-95-105. EDN: QRDXAE.

19. Исследование состава, структуры и свойств электроискровых покрытий на образцах сплава ВТ20 / Е.В. Агеев, А.Ю. Алтухов, А.С. Переверзев, А.Е. Агеева // Упрочняющие технологии и покрытия. 2024. Т. 20, № 10(238). С. 441-446. doi: 10.36652/1813-1336-2024-20-10-441-446. EDN: QRPNHM.

20. Оценка глубины проникновения азота при упрочнении сплава ВТ20 / Е.В. Агеев, А.Ю. Алтухов, А.С. Переверзев, А.Е. Агеева // Упрочняющие технологии и покрытия. 2025. Т. 21, № 6(246). С. 272-275. doi: 10.36652/1813-1336-2025-21-6-272-275. EDN FYKFJP.