Сибирский федеральный университет

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2023

Идентификатор DOI: 10.31772/2712-8970-2023-24-3-589-604

Ключевые слова: alphoning, titanium alloy BT6, microstructure, microhardness, wear resistance, x-ray phase analysis, альфирование, титановый сплав ВТ6, микроструктура, микротвердость, износостойкость, рентгенофазовый анализ

Аннотация: The paper considers the influence of two technologies of alfing (oxidation) on the structure and properties of the deformable titanium alloy BT6, which is used, in particular, in the aviation and space industries. The application of oxide coating by methods of chemical-thermal treatment (CTO) allows to compensate for the main drawback of the alloy - low wear resistance of the surface. The initial set of properties increases. The objects of research are titanium alloy BT6 and its oxide coatings. Two samples of the part with oxide coatings obtained by different technologies were compared. The first technology is alfing in fine-grained graphite, the second is alfafing in a vacuum. The aim of the work is to find out the influence of two technologies of alfing on the structure and properties of the BT6 alloy. Alfalfing was carried out: 1) in fine-grained graphite at a temperature of 800 ± 10 ° C with exposure for 8 hours; 2) in an electric furnace at a temperature of 760-780 ° C in a vacuum of 10-1 - 10-3 mm Hg. art. for 1.5-2 hours. A study of the microstructure (light and electron microscopy) was performed. We used a microscope type Carl Zeiss Axio Observer A1m using a digital camera, adapter devices for converting an optical signal, a computer. Statistical processing was carried out according to the SIAMS700 program. Electron microscopic studies were performed using a scanning electron microscope (SEM) EVO 50 with an energy-dispersive microanalyzer INCA Energ 350. X-ray phase analysis was carried out using an X-ray diffractometer Shimadzu XRD7000, Japan (CuKa radiation, monochromator), in the following mode: range from 5 to 70 ° on a scale of 2θ, increments of 0.03°, scanning speed of 1.5 ° / min. Powders obtained from two types of coatings were investigated. The microhardness of the samples was measured on the DM8 microhardometer according to GOST 9450-76. The wear resistance of the alloy was assessed at a special laboratory installation. The phase composition and structure of the BT6 alloy after alphoning were clarified. In the diffusion layer, the following were detected: after alphonation in graphite - TiO2 phases; Ti3O; TiN. After carbonation in vacuum - TiO2; Ti6O11. In the alphad layer, after processing in graphite, grains of α - solid solution, intermetallics Ti-Al-V, Ti-V and Ti-Al were detected; the alphied layer contains more titanium after treatment in vacuum, and areas with 100% (at.) titanium have also been identified; the region of solid solution (α) and the intermetallics Ti-Al-V, Ti-V and Ti-Al are visible. The thickness of the oxidized layer is on average 103.6 μm (graphite), and in a vacuum - 66.8 μm. The average grain size in the layer is 17.2 μm (graphite); 6.0 μm (vacuum). It has been established that chemical-thermal treatment (alfing) contributes to a significant increase in microhardness in the diffusion layer. The hardness of HV580 (vacuum) and HV724 (graphite) was obtained on the surface. Alfalfing in graphite and in vacuum ensures the wear resistance of the product, but the best result is obtained after alfafing in a vacuum. Both technologies improve the properties, but it is more profitable to carry out alfing in a vacuum, since in this case the process is carried out within 2 hours instead of 8 hours in graphite. Alfing (oxidation) provides wear resistance of the BT6 alloy, which contributes to the reliable operation of the product during operation. В работе рассмотрено влияние двух технологий альфирования (окисления) на структуру и свойства деформируемого титанового сплава ВТ6, который применяют, в частности, в авиационной и космической промышленности. Нанесение оксидного покрытия методами химико-термической обработки (ХТО) позволяет компенсировать основной недостаток сплава - низкую износостойкость поверхности. Повышается исходный комплекс свойств. Объектами исследования являются титановый сплав ВТ6 и его оксидные покрытия. Сравнивали два образца детали с оксидными покрытиями, полученными по разным технологиям. Первая технология - альфирование в мелкозернистом графите, вторая - альфирование в вакууме. Цель работы - выяснить влияние двух технологий альфирования на структуру и свойства сплава ВТ6. Альфирование проведено: 1) в мелкозернистом графите при температуре 800±10 °С с выдержкой в течение 8 ч; 2) в электропечи при температуре 760-780 °С в вакууме 10-1 - 10-3 мм рт. ст. в течение 1,5-2 ч. Выполнено исследование микроструктуры (световая и электронная микроскопия). Использовали микроскоп типа Carl Zeiss Axio Observer A1m с применением цифровой камеры, переходных устройств преобразования оптического сигнала, компьютер. Проведена статистическая обработка по программе SIAMS700. Электронно-микроскопические исследования выполнены с использованием растрового электронного микроскопа (РЭМ) EVO 50 с энергодисперсионным микроанализатором INCA Energу 350. Рентгенофазовый анализ проведен с помощью рентгеновского дифрактометра Shimadzu XRD7000, Япония (излучение CuKa, монохроматор), в следующем режиме: диапазон от 5 до 70° по шкале 2θ, шагом 0,03°, скорость сканирования 1,5 °/мин. Исследовали порошки, полученные с двух видов покрытий. Микротвердость образцов измеряли на микротвердомере DM8 по ГОСТ 9450-76. Износостойкость сплава оценивали на специальной лабораторной установке. Выяснен фазовый состав и структура сплава ВТ6 после альфирования. В диффузионном слое обнаружены: после альфирования в графите - фазы TiO2; Ti3O; TiN. После альфирования в вакууме - TiO2; Ti6O11. В альфированном слое после обработки в графите выявлены зерна α - твердого раствора, интерметаллиды Ti-Al-V, Ti-V и Ti-Al; в альфированном слое после обработки в вакууме содержится больше титана, также выявлены участки со 100 % (ат.) титана; видна область твердого раствора (α) и интерметаллиды Ti-Al-V, Ti-V и Ti-Al. Толщина оксидированного слоя составляет в среднем 103,6 мкм (графит), а в вакууме - 66,8 мкм. Средний размер зерна в слое составляет 17,2 мкм (графит); 6,0 мкм (вакуум). Установлено, что химико-термическая обработка (альфирование) способствует существенному повышению микротвердости в диффузионном слое. На поверхности получена твердость HV580 (вакуум) и HV724 (графит). Альфирование в графите и вакууме обеспечивает износостойкость изделия, однако лучший результат получен после альфирования в вакууме. Обе технологии улучшают свойства, но выгоднее проводить альфирование в вакууме, так как в этом случае процесс проводят в течение 2-х ч вместо 8 ч в графите. Альфирование (оксидирование) обеспечивает износостойкость сплава ВТ6, что способствует надежной работе изделия при эксплуатации.

Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал

Выпуск журнала: Т.24, №3

Номера страниц: 589-604

ISSN журнала: 27128970

Место издания: Красноярск

Издатель: Сибирский государственный университет науки и технологий им. акад. М.Ф. Решетнева

• Лекарев Александр Владимирович
• Юрчук Лев Игоревич
• Меркулова Галина Александровна

• РИНЦ (eLIBRARY.RU)
• Список ВАК