Вплив фазовоструктурного стану приповерхневих шарів на механічні властивості титанового сплаву ВТ1-0
Досліджено вплив різних функціональних покривів (оксидних, нітридних, карбонітридних, карбооксидних) близької морфології та розмірів, сформованих термодифузійним насиченням, на механічні властивості (короткочасну міцність, пластичність, схильність до сповільненого руйнування, втомну довговічність) т...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2011
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138228 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Вплив фазовоструктурного стану приповерхневих шарів на механічні властивості титанового сплаву ВТ1-0 / А.Т. Пічугін , О.І. Яськів , О.Г. Лук’яненко , І.М. Погрелюк // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2011. — Т. 47, № 5. — С. 90-95. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-138228 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Пічугін, А.Т. Яськів, О.І. Лук’яненко, О.Г. Погрелюк, І.М. 2018-06-18T11:51:37Z 2018-06-18T11:51:37Z 2011 Вплив фазовоструктурного стану приповерхневих шарів на механічні властивості титанового сплаву ВТ1-0 / А.Т. Пічугін , О.І. Яськів , О.Г. Лук’яненко , І.М. Погрелюк // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2011. — Т. 47, № 5. — С. 90-95. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138228 669.295:621.795 Досліджено вплив різних функціональних покривів (оксидних, нітридних, карбонітридних, карбооксидних) близької морфології та розмірів, сформованих термодифузійним насиченням, на механічні властивості (короткочасну міцність, пластичність, схильність до сповільненого руйнування, втомну довговічність) технічно чистого титану ВТ1-0. Показано, що за сумірної морфології поверхневого шару фазовоструктурний стан покриву загалом суттєво впливає на механічні властивості титану за різних умов навантаження, а двокомпонентний оксидний покрив – найменше. Исследовано влияние функциональных покрытий (оксидных, нитридных, карбонитридных, карбооксидных) близкой морфологии и размеров, сформированных термодиффузионным насыщением, на механические свойства (кратковременную прочность, пластичность, склонность к замедленному разрушению, усталостную долговечность) технически чистого титана ВТ1-0. Показано, что при соизмеримой морфологии поверхностного слоя фазово-структурное состояние покрытия значительно влияет на механические свойства титана при различных условиях нагружения, а двухкомпонентное оксидное покрытие – наименее. The influence of functional coatings (oxide, nitride, carbonitride, carbo-oxide) of the similar morphology and dimensions, formed by thermodiffusion saturation on the mechanical properties (short-term strength, plasticity, delayed fracture, fatigue life) of commercially pure titanium is investigated. It was shown that when the morphology of the surface layer is similar the phase-structural state of the coating affects the mechanical properties of titanium under different loading conditions, the oxide coating has the minimum effect. uk Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів Вплив фазовоструктурного стану приповерхневих шарів на механічні властивості титанового сплаву ВТ1-0 Влияние фазовоструктурного состояния приповерхностных слоев на механические свойства титанового сплава ВТ1-0 The influence of the phase – structural state of the near-surface layers on mechanical properties of ВТ1-0 titanium alloy Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Вплив фазовоструктурного стану приповерхневих шарів на механічні властивості титанового сплаву ВТ1-0 |
| spellingShingle |
Вплив фазовоструктурного стану приповерхневих шарів на механічні властивості титанового сплаву ВТ1-0 Пічугін, А.Т. Яськів, О.І. Лук’яненко, О.Г. Погрелюк, І.М. |
| title_short |
Вплив фазовоструктурного стану приповерхневих шарів на механічні властивості титанового сплаву ВТ1-0 |
| title_full |
Вплив фазовоструктурного стану приповерхневих шарів на механічні властивості титанового сплаву ВТ1-0 |
| title_fullStr |
Вплив фазовоструктурного стану приповерхневих шарів на механічні властивості титанового сплаву ВТ1-0 |
| title_full_unstemmed |
Вплив фазовоструктурного стану приповерхневих шарів на механічні властивості титанового сплаву ВТ1-0 |
| title_sort |
вплив фазовоструктурного стану приповерхневих шарів на механічні властивості титанового сплаву вт1-0 |
| author |
Пічугін, А.Т. Яськів, О.І. Лук’яненко, О.Г. Погрелюк, І.М. |
| author_facet |
Пічугін, А.Т. Яськів, О.І. Лук’яненко, О.Г. Погрелюк, І.М. |
| publishDate |
2011 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Влияние фазовоструктурного состояния приповерхностных слоев на механические свойства титанового сплава ВТ1-0 The influence of the phase – structural state of the near-surface layers on mechanical properties of ВТ1-0 titanium alloy |
| description |
Досліджено вплив різних функціональних покривів (оксидних, нітридних, карбонітридних, карбооксидних) близької морфології та розмірів, сформованих термодифузійним насиченням, на механічні властивості (короткочасну міцність, пластичність, схильність до сповільненого руйнування, втомну довговічність) технічно чистого титану ВТ1-0. Показано, що за сумірної морфології поверхневого шару фазовоструктурний стан покриву загалом суттєво впливає на механічні властивості титану за різних умов навантаження, а двокомпонентний оксидний покрив – найменше.
Исследовано влияние функциональных покрытий (оксидных, нитридных, карбонитридных, карбооксидных) близкой морфологии и размеров, сформированных термодиффузионным насыщением, на механические свойства (кратковременную прочность, пластичность, склонность к замедленному разрушению, усталостную долговечность) технически чистого титана ВТ1-0. Показано, что при соизмеримой морфологии поверхностного слоя фазово-структурное состояние покрытия значительно влияет на механические свойства титана при различных условиях нагружения, а двухкомпонентное оксидное покрытие – наименее.
The influence of functional coatings (oxide, nitride, carbonitride, carbo-oxide) of the similar morphology and dimensions, formed by thermodiffusion saturation on the mechanical properties (short-term strength, plasticity, delayed fracture, fatigue life) of commercially pure titanium is investigated. It was shown that when the morphology of the surface layer is similar the phase-structural state of the coating affects the mechanical properties of titanium under different loading conditions, the oxide coating has the minimum effect.
|
| issn |
0430-6252 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138228 |
| citation_txt |
Вплив фазовоструктурного стану приповерхневих шарів на механічні властивості титанового сплаву ВТ1-0 / А.Т. Пічугін , О.І. Яськів , О.Г. Лук’яненко , І.М. Погрелюк // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2011. — Т. 47, № 5. — С. 90-95. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. |
| work_keys_str_mv |
AT píčugínat vplivfazovostrukturnogostanupripoverhnevihšarívnamehaníčnívlastivostítitanovogosplavuvt10 AT âsʹkívoí vplivfazovostrukturnogostanupripoverhnevihšarívnamehaníčnívlastivostítitanovogosplavuvt10 AT lukânenkoog vplivfazovostrukturnogostanupripoverhnevihšarívnamehaníčnívlastivostítitanovogosplavuvt10 AT pogrelûkím vplivfazovostrukturnogostanupripoverhnevihšarívnamehaníčnívlastivostítitanovogosplavuvt10 AT píčugínat vliâniefazovostrukturnogosostoâniâpripoverhnostnyhsloevnamehaničeskiesvoistvatitanovogosplavavt10 AT âsʹkívoí vliâniefazovostrukturnogosostoâniâpripoverhnostnyhsloevnamehaničeskiesvoistvatitanovogosplavavt10 AT lukânenkoog vliâniefazovostrukturnogosostoâniâpripoverhnostnyhsloevnamehaničeskiesvoistvatitanovogosplavavt10 AT pogrelûkím vliâniefazovostrukturnogosostoâniâpripoverhnostnyhsloevnamehaničeskiesvoistvatitanovogosplavavt10 AT píčugínat theinfluenceofthephasestructuralstateofthenearsurfacelayersonmechanicalpropertiesofvt10titaniumalloy AT âsʹkívoí theinfluenceofthephasestructuralstateofthenearsurfacelayersonmechanicalpropertiesofvt10titaniumalloy AT lukânenkoog theinfluenceofthephasestructuralstateofthenearsurfacelayersonmechanicalpropertiesofvt10titaniumalloy AT pogrelûkím theinfluenceofthephasestructuralstateofthenearsurfacelayersonmechanicalpropertiesofvt10titaniumalloy |
| first_indexed |
2025-11-24T16:26:15Z |
| last_indexed |
2025-11-24T16:26:15Z |
| _version_ |
1850482662415794176 |
| fulltext |
90
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2011. – ¹ 5. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 669.295:621.795
ВПЛИВ ФАЗОВО-СТРУКТУРНОГО СТАНУ ПРИПОВЕРХНЕВИХ
ШАРІВ НА МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТИТАНОВОГО СПЛАВУ ВТ1-0
А. Т. ПІЧУГІН, О. І. ЯСЬКІВ, О. Г. ЛУК’ЯНЕНКО, І. М. ПОГРЕЛЮК
Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів
Досліджено вплив різних функціональних покривів (оксидних, нітридних, карбоніт-
ридних, карбооксидних) близької морфології та розмірів, сформованих термодифу-
зійним насиченням, на механічні властивості (короткочасну міцність, пластичність,
схильність до сповільненого руйнування, втомну довговічність) технічно чистого
титану ВТ1-0. Показано, що за сумірної морфології поверхневого шару фазово-
структурний стан покриву загалом суттєво впливає на механічні властивості титану
за різних умов навантаження, а двокомпонентний оксидний покрив – найменше.
Ключові слова: технічно чистий титан, інженерія поверхні, термодифузійне на-
сичення, бінарні та потрійні покриви, механічні властивості.
Титан та його сплави завдяки високій питомій міцності, корозійній тривкос-
ті та біологічній сумісності широко використовують в авіа-, судно- та автомобі-
лебудуванні, медицині та інших сферах промисловості [1−5]. Проте висока
схильність до схоплювання та корозії у агресивних середовищах обмежує їх за-
стосування [6]. Тому експлуатація виробів з титану за умов навантаження та дії
корозивних середовищ висуває підвищені вимоги до фізико-хімічних властивос-
тей робочих поверхонь, що потребує додаткової хіміко-термічної обробки (ХТО).
Причому модифікувати необхідно відносно тонкий приповерхневий шар, який
повинен бути зносо- та корозійнотривким та біологічно інертним. Найпридатні-
шими для створення таких шарів є бінарні та потрійні сполуки титану з киснем,
азотом, вуглецем через високу спорідненість титану до цих елементів втілення
[7, 8]. Якщо бінарні сполуки (оксиди, нітриди, карбіди) традиційно використову-
ють як функціональні уже досить давно [9], то потрійні сполуки (карбонітриди,
карбооксиди, оксинітриди) стали розглядати як перспективні лише останнім ча-
сом завдяки виявленим перевагам у фізико-хімічних властивостях та розробле-
ним методам їх формування [10].
Серед багатьох методів нанесення покривів на титанові сплави термодифузійне
насичення залишається актуальним завдяки основній своїй перевазі – можливості
забезпечувати високу адгезію покриву з матрицею через формування перехідного
дифузійного шару [11]. Термодифузійним насиченням можна створювати покри-
ви на основі бінарних та потрійних сполук різного фазового складу, структурно-
го стану і функціонального призначення. Однак, незважаючи на значний пози-
тивний вплив таких покривів на зносо- та корозійну тривкість [12], відкритим за-
лишається питання їх впливу на механічні властивості титанових сплавів. Адже
поряд з необхідністю покращення трибологічних та корозійних властивостей по-
верхні металу залишаються вимоги щодо збереження його об’ємних механічних
характеристик. Приповерхневий шар, структурно відмінний від матриці, а також
підвищені температури під час формування функціональних покривів можуть по-
гіршувати механічні властивості сплавів титану.
Контактна особа: О. І. ЯСЬКІВ, e-mail: oleh.yaskiv@ipm.lviv.ua
91
Зробити коректну порівняльну оцінку впливу фазово-структурного складу
функціональних покривів на механічні властивості титанових сплавів на підставі
літературних даних складно, оскільки такі покриви формуються в широкому діа-
пазоні температурно-часових та газодинамічних параметрів термодифузійного
насичення, у неоднакових середовищах (газових та твердофазних), а відтак, ма-
ють різну морфологію, лінійні розміри та властивості.
Тому мета цієї праці − розробити методологію та дослідити вплив різних
функціональних покривів (оксидних, нітридних, карбонітридних, карбооксид-
них) близької морфології та розмірів, сформованих термодифузійним насичен-
ням, на механічні властивості сплаву ВТ1-0 − технічно чистого титану.
Методологія та методика досліджень. Для коректної порівняльної оцінки
впливу різних функціональних покривів на механічні властивості титанового
сплаву ВТ1-0 необхідно було визначити параметри (товщину покриву, глибину
зміцненого шару, твердість та шорсткість поверхні металу), які були б прийнятні
для усіх видів покривів, та умови (температура та тривалість) їх формування для
забезпечення близької морфології та структури модифікованого шару.
Шорсткість поверхні зразків з по-
кривами, сформованими на основі
сполук втілення, залежить від їх тов-
щини і погіршується з її зростанням
(рис. 1). Тому для збереження якості
поверхні товщина покривів не повинна
перевищувати 3 µm.
Глибину зміцненого (газонасиче-
ного) шару обмежили l ≈ 50…60 µm,
виходячи з температурно-часових па-
раметрів ХТО (T ≤ 850°C, t ≤ 6 h),
прийнятних для мінімізації втрат ме-
ханічних характеристик титанової
матриці, та з врахуванням дифузійної
рухливості домішок втілення (кисень,
азот, вуглець) за цих умов.
Оскільки механічні властивості (втомна довговічність, пластичність, схиль-
ність до сповільненого руйнування тощо) титанових сплавів суттєво залежать від
рівня та градієнта поверхневого зміцнення, то для визначення впливу фазової
складової покриву на ці властивості, необхідно було задати та забезпечити
сумірний рівень зміцнення на межі метал–покрив. Слід зазначити, що навіть в ін-
тервалі обраних температурно-часових параметрів (T ≤ 850°C, t ≤ 6 h) шляхом
зміни газодинамічних умов насичення можна сформувати різний рівень поверх-
невого зміцнення. Виходячи із необхідності забезпечення зносотривкості за міні-
мального зниження механічних властивостей, обрали діапазон значень поверхне-
вого зміцнення зразків титанового сплаву ВТ1-0 – Н0,49 = 6...8 GPa.
Враховуючи вищенаведене, для порівняльної оцінки впливу фазово-струк-
турного складу функціональних покривів на механічні властивості титанового
сплаву ВТ1-0, сформовували термодифузійні покриви (ТП) з такими параметра-
ми: товщина в межах 2...3 µm, глибина газонасиченого шару 50...60 µm, рівень
поверхневого зміцнення Н0,49 = 6...8 GPa (рис. 2). ТП створювали термодифузій-
ним насиченням як з однокомпонентних газових середовищ (азотування, оксиду-
вання), так і з багатокомпонентних (карбонітрування, карбооксидування) газово-
твердофазних (азот та порошкоподібний графіт) [13]. Карбонітрування здійсню-
вали контактним (зразки розміщували у графітовій засипці) та неконтактним (над
графітовою засипкою) способами, а карбооксидування – тільки неконтактним.
Рис. 1. Залежність шорсткості поверхні
карбонітридних (1) та карбооксидних (2)
покривів від їх товщини.
Fig. 1. Dependence of surface roughness
of carbonitride (1) and carbo-oxide (2)
coatings on their thickness.
92
Після термодифузійного насичення визначали фазовий склад покривів
(ДРОН-3.0), твердість (ПМТ-3М) та шорсткість (профілометр типу 170621) по-
верхні зразків, мікроструктуру приповерхневого шару (“Neophot-2”), механічні
характеристики зразків з покривами. Випроби на короткочасну міцність та
малоциклову втому чистим згином проводили на зразках перерізом 3×1 mm,
виготовлених з листового прокату технічно чистого титану ВТ1-0 [14]. Для
визначення схильності до сповільненого руйнування під статичним наванта-
женням застосовували плоскі зразки з V-подібним концентратором.
Рис. 2. Морфологія термодифузійних по-
кривів, сформованих різними методами,
для порівняльного оцінювання їх впливу
на механічні властивості титану:
1 – функціональний покрив (h1 ≤ 3 µm);
2 – зміцнена зона (h2 = 50…60 µm).
Fig. 2. Morphology of thermodiffusion coatings formed by various methods, for comparative
evaluation of their effect on mechanical properties of titanium: 1 – functional coating
(h1 ≤ 3 µm); 2 – strengthened zone (h2 = 50...60 µm).
Вплив фазового складу термодифузійних покривів на механічні власти-
вості титанового сплаву ВТ1-0. Формування модифікованих шарів подібної мор-
фології дало змогу дослідити та оцінити вплив фазового складу покривів на ме-
ханічні характеристики титанового сплаву ВТ1-0 (короткочасну міцність, плас-
тичність, втомну довговічність, схильність до сповільненого руйнування під ста-
тичним навантаженням).
Короткочасна міцність та пластичність. Згідно з отриманими результа-
тами, усі види ТП підвищують міцність (тимчасовий опір руйнуванню) зразків з
одночасним значним зниженням їх пластичності (відносного видовження) (табл. 1).
Відомо, що насичення поверхні титану домішками втілення спричинює його
твердорозчинне зміцнення [15]. Однак, оскільки характеристики короткочасної
міцності σВ та пластичності δ взаємопов’язані, твердорозчинне зміцнення тонко-
го (50…60 mm) приповерхневого шару призводить до його суттєвого окрихчення
та розтріскування під час деформування (основний метал пластичніший, ніж
зміцнений шар та фазова плівка). Це спричинює зменшення ефективного перері-
зу зразків, локалізацію деформації, а відтак, і зниження їх відносного видовжен-
ня. Найсуттєвіший вплив – після карбооксидування та карбонітрування (неконтакт-
ний спосіб): σВ підвищується на 45…50 MPa, а δ зменшується на 23…25%. Най-
менше впливають на короткочасну міцність (σВ підвищується на 5 MPa) та від-
носне видовження (δ зменшується на 10%) зразків оксидні шари.
Сповільнене руйнування під статичним навантаженням. Одним з критеріїв
роботоздатності виробів з титанових сплавів, особливо зі зміцненими поверхне-
вими шарами, є їх схильність до сповільненого руйнування (зародження та по-
вільний розвиток тріщини під дією постійного навантаження). З часом “живий”
переріз зразка (деталі) зменшується, а напруження, які діють у вершині тріщини,
зростають і, коли вони досягають критичних значень, відбувається лавиноподіб-
ний (зі швидкістю звуку в металі) розвиток тріщини, який призводить до руйну-
вання. Схильність титанових сплавів до такого типу руйнування значно збільшу-
ється, якщо виріб має гострі концентратори напружень. Саме тому руйнування
під дією статичних навантажень вивчали на зразках з V-подібним концентратором.
Згідно з отриманими результатами, для всіх видів ТП спостерігають лінійну
залежність (у півлогарифмічних координатах) між напруженнями руйнування σс
зразків з покривами та тривалістю витримки за статичного навантаження (рис. 3,
табл. 1). Разом з тим, усі види ТП призводять до підвищення σс, визначеного на
93
базі 1200 h витримки під навантаженням, порівняно з вихідним станом (σс =
= 355 MPa). Приріст σс змінюється від 10,0 MPa після азотування до 25,0 MPa
після карбонітрування (неконтактний спосіб) і значною мірою корелює зі зміною
короткочасної міцності внаслідок термодифузійного насичення (табл. 1). Так,
співвідношення σс ХТО/σВ ХТО змінюється в межах 0,86…0,98 за всіх видів ХТО,
проведених у температурній області існування α-фази титану.
Таблиця 1. Короткочасна міцність (σВ), пластичність (δ) та напруження
руйнування за статичного навантаження на базі 1200 h (σс) зразків
сплаву ВТ1-0 з різними термодифузійними покривами
Термодифузійний
покрив
σВ,
MPa
δ,
%
σс,
MPa
σВ ХТО /
σВ вих
σс ХТО/
σс вих
δ ХТО /
δ вих.
σс ХТО/
σВ вих
σс ХТО/
σВ ХТО
Без покриву
(вихідний стан) 375 35,5 355 1,00 1,00 1,00 0,94 0,94
Оксидний 380 24,5 370 1,03 1,04 0,69 0,98 0,98
Нітридний 395 19,0 365 1,05 1,03 0,54 0,97 0,92
Карбооксидний (не-
контактний спосіб) 425 10,5 370 1,13 1,04 0,30 0,98 0,86
Карбонітридний
(контактний / некон-
тактний способи)
410 /
420
18,5 /
13,0
365 /
380
1,09 /
1,12
1,03 /
1,07
0,52 /
0,37
0,97 /
1,01
0,89 /
0,90
Примітка: σс ХТО – напруження руйнування зразків на базі випробувань 1200 h;
σВ ХТО – короткочасна міцність після ХТО.
Рис. 3. Криві сповільненого руйнування під статичним навантаженням зразків сплаву
ВТ1-0 з різними термодифузійними покривами: 1 – без покриву (вихідний стан);
2 – оксидний покрив; 3 – нітридний; 4 – карбооксидний (неконтактний спосіб);
5, 6 – карбонітридний (контактний і неконтактний способи, відповідно).
Fig. 3. Curves of the delayed fracture under static loading of ВТ1-0 alloy specimens with
different thermal diffusion coatings: 1 – without coating (initial condition);
2 – oxide coating; 3 – nitride; 4 – carbo-oxide (noncontact); 5, 6 – carbonitride
(contact and noncontact methods, respectively).
За результатами випробувань на сповільнене руйнування, функціональні ТП
за їхнім впливом на міцнісні властивості сплаву ВТ1-0 можна поділити на дві
групи. До першої групи можна віднести такі, що підвищують σс ХТО порівняно з
короткочасною міцністю у вихідному стані (σВ вих.) – карбонітридні (неконтактний
спосіб). До другої – такі, за яких співвідношення σс ХТО/σВ вих. менше одиниці: ок-
сидні; нітридні; карбонітридні (контактний спосіб); карбооксидні. Слід відзначи-
ти, що найменше впливають на статичну міцність, порівняно з вихідним станом,
оксидні та нітридні ТП. Це можна пояснити участю в насиченні та фазоутворенні
лише однієї домішки втілення (кисень або азот, відповідно) порівняно з багато-
компонентним (кисень + азот + вуглець одночасно) насиченням та суттєвими від-
94
мінностями властивостей сполук, що утворюються внаслідок взаємодії металу з
домішками втілення.
Втомна довговічність за умов малоциклового чистого згину. Руйнування
деталі під час експлуатації, як правило, починається з поверхневого шару металу.
Це пояснюється тим, що поверхневі шари опиняються в найнапруженішому ста-
ні, є межею розділу фаз і піддаються активній дії зовнішнього середовища.
Таблиця 2. Малоциклова довговічність зразків титанового сплаву ВТ1-0
з різними термодифузійними покривами подібної морфології
Середнє значення кількості циклів до руйнування (M),
відхилення від середнього (± ∆m / δm) та коефіцієнт
впливу ТП (K) за амплітуди деформації
±εа = 0,7% ±εа = 1,0%
Термодифузійний
покрив
M ±∆m / δm K M ±∆m / δm K
Без покриву
(вихідний стан) 85690 1490 / 1,73% 1,00 15220 1800 / 11,80% 1,00
Оксидний 69880 7680 / 11,00% 0,82 14490 630 / 4,37% 0,95
Нітридний 27990 2960 / 10,60% 0,32 6400 440 / 6,88% 0,42
Карбооксидний
(неконтактний спосіб) 27490 4040 / 14,70% 0,32 5110 1490 / 29,10% 0,34
Карбонітридний
(контактний спосіб) 63570 4030 / 6,34% 0,74 9910 1490 / 15,00% 0,65
Карбонітридний
(неконтактний спосіб) 51750 4670 / 9,00% 0,60 7260 750 / 10,30% 0,48
Для встановлення впливу фазового-структурного складу термодифузійних
покривів на опірність втомі титанового сплаву ВТ1-0 зразки з різними функціо-
нальними покривами подібної морфології випробовували на малоциклову втому
методом симетричного чистого згину, як найбільш “жорсткого” типу наванта-
ження. За отриманими результатами (табл. 2) найменші втрати опірності втомі за
амплітуди деформації ±0,7% одержані внаслідок оксидування (на 18,5%). Змен-
шення кількості циклів до руйнування на ∼26…40% спостерігали після карбоні-
трування контактним та неконтактним способами. Найбільша втрата опірності
втомі (∼77%) – після азотування та карбооксидування. Зі зростанням амплітуди
деформації до ±1% отримано такі результати: найвищу опірність показали окси-
довані зразки, за ними за порядком зменшення опірності йдуть, карбонітровані
контактним та неконтактним способами, азотовані та карбооксидовані зразки.
ВИСНОВКИ
Показано, що за аналогічної морфології поверхневого шару (товщина фазо-
вої плівки, глибина дифузійного шару, твердість поверхні металу) фазово-струк-
турний стан функціонального покриву суттєво впливає на механічні властивості
титанових сплавів за різних умов навантаження. Найменший вплив на комплекс
механічних властивостей (коротко- та довготривала міцність, пластичність, мало-
циклова втома) спричинює двокомпонентний оксидний покрив. Багатокомпо-
нентні функціональні покриви на основі потрійних сполук втілення (карбонітри-
дів, карбооксидів) забезпечують вищі міцнісні характеристики, знижуючи опір
втомі та пластичність.
95
РЕЗЮМЕ. Исследовано влияние функциональных покрытий (оксидных, нитридных,
карбонитридных, карбооксидных) близкой морфологии и размеров, сформированных тер-
модиффузионным насыщением, на механические свойства (кратковременную прочность,
пластичность, склонность к замедленному разрушению, усталостную долговечность) тех-
нически чистого титана ВТ1-0. Показано, что при соизмеримой морфологии поверхност-
ного слоя фазово-структурное состояние покрытия значительно влияет на механические
свойства титана при различных условиях нагружения, а двухкомпонентное оксидное по-
крытие – наименее.
SUMMARY. The influence of functional coatings (oxide, nitride, carbonitride, carbo-oxide)
of the similar morphology and dimensions, formed by thermodiffusion saturation on the mecha-
nical properties (short-term strength, plasticity, delayed fracture, fatigue life) of commercially
pure titanium is investigated. It was shown that when the morphology of the surface layer is
similar the phase-structural state of the coating affects the mechanical properties of titanium
under different loading conditions, the oxide coating has the minimum effect.
1. Recent Titanium Developments and Applications in the Aerospace Industry / R. R. Boyer,
K. T. Slattery, D. J. Chellman, H. R. Phelps // Ti-2007 Science and Technology: Proc. of the
11th World Conf. on Titanium (JIMIC5) (3–7 June 2007, Kyoto, Japan). – The Japan Insti-
tute of Metals, 2007. – Vol. II. – P. 1255−1262.
2. Wagner L., Schauerte O. Status on titanium and titanium alloys in automotive applications
// Ibid. – P. 1371−1378.
3. Niinomi M. Titanium alloys for biomedical, dental and healthcare applications // Ibid.
– P. 1417−1424.
4. Gorynin I. V., Ushkov S. S., Mikhaylov V. I. Titanium − key to ocean depth // Ibid.
– P. 1617−1624.
5. Oda T. Recent civil applications and supporting technologies // Ibid. – P. 1581−1588.
6. Горынин И. В., Чечулин Б. Б. Титан в машиностроении – М.: Машиностроение, 1990.
– 400 с.
7. Федірко В. М., Погрелюк І. М., Яськів О. І. Термодифузійне багатокомпонентне наси-
чення титанових сплавів – К.: Наук. думка, 2009. – 165 с.
8. Фромм Е., Гебхардт Е. Газы и углерод в металлах / Пер. с нем.; под ред. Б. В. Линчев-
ского. – М.: Металлургия, 1980. – 712 с.
9. Enhancing of microstructure and properties of titanium alloys through nitriding and other
surface engineering methods / A. Zhecheva, W. Sha, S. Malinov, A. Long // Surf. and Coat.
Technol. – 2005. – 200. – P. 2192−2207.
10. Karlsson L. Arc evaporated Titanium Carbonitride Coatings: Dissertation №565. – Linko-
ping University. – Printed in Sweden. – 1999. – 190 p.
11. Malinov S., Zhecheva A., Sha W. Relation between the microstructure and properties of
commercial titanium alloys and the parameters of gas nitriding // Metal Science and Heat
Treatment. – 2004. – 46, № 7–8. – P. 286−293.
12. Формирование функциональных покрытий при многокомпонентном насыщении тита-
на элементами внедрения / В. Н. Федирко, И. Н. Погрелюк, О. И. Яськив, С. В. Гурин
// Титан. – 2007. − № 1(20). – С. 52–58.
13. Федірко В. М., Погрелюк I. M., Яськів О. І. Термодифузійне багатокомпонентне наси-
чення титанових сплавів. – К.: Наук. думка, 2009. – 165 с.
14. Максимович Г. Г. Микромеханические испытания материалов. – К.: Наук. думка, 1972.
– 75 с.
15. Витривалість титанового сплаву ВТ1-0 після твердорозчинного поверхневого зміц-
нення / А. Т. Пічугін, В. М. Федірко, О. Г. Лук’яненко, В. С. Онуферко // Фіз.-хім. ме-
ханіка матеріалів. – 2005. – 41, № 3. – С. 119−122.
(Pichuhin A. T., Fedirko V. M., Luk’yanenko O. H., and Onuferko V. S. Endurance of VT1-0
Titanium Alloy Subjected to Solid-Solution Surface Hardening // Materials Science. – 2005.
– 41, № 3. – P. 418–422.)
Одержано 07.04.2011
|