Модификация поверхности технически чистого титана ВТ1-0 после различных видов обработки

Целью исследования является выявление закономерностей формирования структурно-фазовых превращений поверхностных слоёв технически чистого титана ВТ1-0 после различных видов комбинированной обработки.  

Методы. В статье рассматриваются два вида комбинированной обработки технически чистого титана ВТ1-0: электровзрывное науглероживание + термообработка и электровзрывное легирование иттрием + электронно-пучковая обработка. В первом случае электровзрывное науглероживание проводили путём введения в область взрыва углеграфитовых волокон, а во втором – в качестве взрываемого материала использовали титановую фольгу массой 100 мг, на которую помещали порошок иттрия массой 400 мг. Структуру легированных слоев изучали методом световой микроскопии прямых и косых шлифов после химического травления. Фазовый состав поверхности определяли с помощью дифрактометра ДРОН-2,0 в излучении железного анода. 

Результаты. В результате электровзрывного науглероживания технически чистого титана ВТ1-0 сформировалась зона легирования толщиной 20 мкм, ниже просматривается зона термического влияния, переходящая в основу. В обоих случаях выявлены зона оплавления и легирования толщиной примерно до 40 мкм и зона термического влияния, переходящая в основу. В фазовый состав зоны легирования входит карбид титана, который значительно увеличивает функциональные свойства модифицированных слоёв. Трехфазный состав зоны электровзрывного науглероживания титана, представленный твердым раствором углерода, карбидом титана и графитом подтвердил рентгеноструктурный фазовый анализ.

Заключение. Комбинированная обработка приводит к формированию многослойной структуры; изменению фазового состава материала; улучшению качества поверхности без механического воздействия; увеличению глубины и повышению функциональных свойств зоны упрочнения.

1. Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки материалов / В. А. Грибков, Ф. И. Григорьев, Б. А. Калин, В. Л. Якушин. М.: Круглый год, 2001. 527 с.

2. Громова В. Е. Антология прочности и пластичности металлов и сплавов при внешних энергетических воздействиях. Новокузнецк: Изд. центр СибГИУ, 2018. 221 с.

3. Физические основы электровзрывного легирования металлов и сплавов / А. Я. Багаутдинов, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов. Новокузнецк: СибГИУ, 2007. 301 с.

4. Лазерная модификация поверхности титана: технология, свойства, перспективы применения / С. В. Телегин, А. В. Лясникова, О. А. Дударева, И. П. Гришина, О. А. Маркелова, В. Н. Лясников // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2019. № 3. С. 70–73.

5. Телегин С. В., Гоц И. Ю. Поверхностная упрочняющая обработка материалов лазерным излучением // Современные проблемы материаловедения: сборник научных трудов II Всероссийской (национальной) научно-практической конференции, посвященной 65-летию ЛГТУ. Липецк: Липецкий гос. техн. ун-т, 2021. С. 36–39.

6. Анализ термического влияния электронно-пучковой обработки титанового сплава ВТ1-0 на изменение его фазового состава / И. А. Комиссарова, Д. А. Косинов, С. В. Коновалов, М. Ю. Новиков, Ю. Ф. Иванов, О. Д. Иванова, А. Д. Тересов, В. Е. Громов // Международная конференция «Перспективные материалы с иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций»: тезисы докладов. Томск: ИФПМ СО РАН, 2017. С. 81–82.

7. Анализ современной ситуации в области применения электронно-пучковой обработки различных сплавов. Часть 2 / Д. В. Комаров, С. В. Коновалов, Д. В. Жуков, И. С. Виноградов, И. А. Панченко // Ползуновский вестник. 2022. № 3. С. 204–215.

8. Structural and phase changes under electropulse treatment of fatigue-loaded titanium alloy VT1-0 / S. V. Konovalov, I. A. Komissarova, Yu. F. Ivanov, V. Gromov, D. Kosinov // Journal of Materials Research and Technology. 2018. Vol. 8, is. 1. P. 1300–1307.

9. Повышение функциональных свойств сплавов электронно-пучковой обработкой / Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Д. В. Загуляев, С. В. Коновалов, Ю. А. Рубанникова // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2021. Т. 64, № 2. С. 129–134.

10. Модельные представления о теплофизических процессах, протекающих в поверхностном слое титана ВТ1-0 при воздействии электронным пучком / К. А. Осинцев, И. А. Комиссарова, С. В. Коновалов, Д. А. Косинов, О. В. Завацкий, Ю. Д. Иванов, А. Д. Тересов, О. В. Иванова // Современные проблемы физики и технологий: тезисы докладов V Международной молодежной научной школы-конференции. М.: НИЯУ "МИФИ", 2016. С. 241–243.

11. Ковтунов А. И., Хохлов Ю. Ю., Никитин Д. Н. Структура покрытий при жидкофазном алитировании титана с диффузионным отжигом // International Journal of Advanced Studies in Computer Engineering. 2021. № 2. С. 23–30.

12. Эволюция структуры и механических свойств при отжиге после большой пластической деформации технически чистого титана / Н. А. Шурыгина, А. М. Глезер, Д. Л. Дьяконов, Р. В. Сундеев // Физика конденсированных состояний: тезисы II Международной конференции ФКС-2021, посвященной 90-летию со дня рождения академика Ю. А. Осипьяна (1931–2008). Черноголовка, 2021. С. 325.

13. Кривченко Н. В., Ермишкина А. Ф. Кинетика роста диффузионной зоны на межслойной границе титана ВТ1-0 с медно-никелевыми сплавами // XXIII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области: тезисы докладов / отв. ред. А. В. Навроцкий. Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2019. 121 с.

14. Кривченко Н. В., Мансков К. С. Особенности структурообразования в зоне взаимодействия при лазерной обработке биметалла титан ВТ1-0 + медь М1 // Смотр-конкурс научных, конструкторских и технологических работ студентов Волгоградского государственного технического университета: тезисы докладов / редколлегия: А. В. Навроцкий (отв. ред.) [и др.]. Волгоград: Волгоград. гос. техн. ун-т, 2018. С. 67.

15. Бабин С. В., Егоров Е. Н., Фурсов А. А. Влияние технологических параметров процесса плазменного напыления на макроструктуру титановых покрытий // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2020. № 4 (721). С. 44–53.

16. Сравнительное исследование изменения структурно-фазового состояния титана и никелида титана при импульсном лазерном облучении / А. Ю. Токмачева-Колобова, С. Д. Прокошкин, Г. В. Одинцова, С. С. Манохин, Ю. Р. Колобов // Физика конденсированных состояний: тезисы II Международной конференции ФКС-2021, посвященной 90-летию со дня рождения академика Ю. А. Осипьяна (1931–2008). Черноголовка, 2021. 316 с.

17. Получение пористых материалов на основе титана с использованием лазерной обработки поверхности / И. Г. Жевтун, П. С. Гордиенко, Е. П. Субботин, С. Б. Ярусова, Ю. Ю. Майонов, Ю. Н. Кульчин // Упрочняющие технологии и покрытия. 2019. Т. 15, № 10 (178). С. 456–460.

18. Богданов А. А., Дерюгин Е. Е. Зависимость характеристик трещиностойкости технического титана ВТ1-0 от температуры // Современные технологии и материалы новых поколений: сборник трудов Международной конференции с элементами научной школы для молодежи / Национальный исследовательский Томский политехнический университет. Томск: Изд-во ТПУ, 2017. С. 24–25.

19. Токмачева-Колобова А. Ю. Исследование механизма наноструктурирования приповерхностных слоев титана при воздействии лазерными импульсами наносекундной длительности // Письма в Журнал технической физики. 2021. Т. 47, № 3. С. 40–43.

20. Структура и свойства покрытия на основе серебра, никеля и азота, сформированного комбинированным методом на меди / Ю. Ф. Иванов, В. В. Почетуха, Д. А. Романов, В. Е. Громов // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2021. Т. 18, № 1. С. 68–73.