Влияние структурного фактора на трибологические характеристики титанового сплава, полученного по технологии селективного электронно-лучевого плавления
Л.Е. Афанасьева, В.В. Измайлов, М.В. Новоселова
ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.544
Оригинальная статья
Аннотация: Статья посвящена экспериментальному исследованию влияния особенностей микроструктуры сплава Ti – 6Al – 4V, полученного по технологии электронно-лучевого плавления, на трибологические свойства: твердость; коэффициент трения; абразивную износостойкость. Микроструктура сплава состоит из колоний α′ пластин толщиной 1,5-2 мкм и прослоек β-фазы размером 0,2 мкм. Измерение твердости проводили при малых нагрузках N = 1-2 Н (микротвердость) и при нагрузках N = 90-180 Н (твердость индентирования). Коэффициент трения определяли на микротрибометре по схеме шар – плоскость в паре со стальным индентором при нагрузках 2-5 мН. Износостойкость исследовали при трении о закрепленный абразив по схеме шар – плоскость. Проведены исследования микроструктуры и свойств образцов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: в слое и в направлении синтеза. Выявлена анизотропия микротвердости и коэффициента трения при малых нагрузках. В плоскости слоя микротвердость при нагрузках в несколько ньютонов на 900-1000 МПа ниже, чем на боковой поверхности образца. При малых нагрузках на контакт значение коэффициента трения в контакте сферического стального образца с плоской поверхностью слоя примерно на 20% ниже, чем в контакте того же стального образца с боковой поверхностью образца титанового сплава. С возрастанием нагрузки на контакт разница в свойствах исчезает.
Абразивная износостойкость в направлении синтеза образца на 30% выше, чем в плоскости
слоя, что объясняется ролью структурного фактора. Показано, что ориентация колоний
α′ пластин оказывает влияние на трибологические свойства.
Ключевые слова: сплав титана, селективное электронно-лучевое плавление, микроструктура, твердость, коэффициент трения, износостойкость
- Афанасьева Людмила Евгеньевна – к.ф.-м.н., доцент кафедры технологии металлов и материаловедения, ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»
- Измайлов Владимир Васильевич – д.т.н., профессор кафедры прикладной физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»
- Новоселова Марина Вячеславовна – к.т.н., доцент кафедры прикладной физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»
Ссылка для цитирования:
Афанасьева, Л.Е. Влияние структурного фактора на трибологические характеристики титанового сплава, полученного по технологии селективного электронно-лучевого плавления / Л.Е. Афанасьева, В.В. Измайлов, М.В. Новоселова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 544-553. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.544. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Ahmed, T. Phase transformations during cooling in α+β titanium alloys / T. Ahmed, H.J. Rack // MaterialsScience and Engineering A. – 1998. – V. 243. – I. 1-2. – P. 206-211. DOI: 10.1016/S0921-5093(97)00802-2.
2. Safdar, A. Evaluation of microstructural development in electron beam melted Ti-6Al-4V / A. Safdar, L.-Y. Wei, A. Snis, Z. Lai // Materials Characterization. – 2012. – V. 65. – P. 8-15. DOI: 10.1016/j.matchar.2011.12.008.
3. Al-Bermani, S.S. The origin of microstructural diversity, texture, and mechanical properties in electron beam melted Ti-6Al-4V / S.S. Al-Bermani, M.L. Blackmore, W. Zhang, I. Todd // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2010. – V. 41. – I. 13. – P. 3422-3434. DOI: 10.1007/s11661-010-0397-x.
4. Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки: ГОСТ 19807-91. – Взамен 19807-74; введ. 01.07.1992. – М.: Комитет стандартизации и метрологии, 1991. – 3 с.
5. Ильин, А.А. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства: Справочник / А.А. Ильин, Б.А. Колачёв, И.С. Полькин. – М.: ВИЛС-МАТИ, 2009. – 520 с.
6. Herrera, P. Abrasive wear resistance of Ti-6AL-4V obtained by the conventional manufacturing process and by electron beam melting (EBM) / P. Herrera, E. Hernandez-Nava, R. Thornton, T. Slatter //Wear. – 2023. – V. 524-525. – Art. № 204879. – 10 p. DOI: 10.1016/j.wear.2023.204879.
7. Sandomierski, M. Improving the abrasion resistance of Ti6Al4V alloy by modifying its surface with a diazonium salt and attaching of polyurethane / M. Sandomierski, T. Buchwald, A. Patalas, A. Voelkel // Scientific Reports. – 2020. – V. 10. – № 1. – Art. № 19289. – 10 p. DOI: 10.1038/ s41598-020-76360-3.
8. Jiang, C. On enhancing wear resistance of titanium alloys by laser cladding WC-Co compsite coatings / C. Jiang, J. Zhang, Y. Chen et al. // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2022. – V. 107. – Art. № 105902. – 23 p. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2022.105902.
9. Афанасьева, Л.Е. Закономерности формирования структуры сплава Ti-6Al-4V при послойном электронно-лучевом плавлении и горячем изостатическом прессовании / Л.Е. Афанасьева // Вопросы материаловедения. – 2017. – № 3 (91). – С. 27-34. DOI: 10.22349/1994-6716-2017-91-3-27-34.
10. Соколов, Ю.А. Микроструктура и свойства сплава Ti-6Al-4V, полученного по технологии послойного электронно-лучевого синтеза / Ю.А. Соколов, Л.Е. Афанасьева, И.А. Барабонова и др. // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2015. – № 6 (720). – С. 45-50.
11. Alaghmandfard, R. Heat treatment, microstructure, texture, and mechanical properties of electron beam melted Ti6Al4V / R. Alaghmandfard, F. Forooghi, P. Seraj et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2024. – V. 1006. – Art. № 176265. – 24 p. DOI: 10.1016/j.jallcom.2024.176265.
12. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников: ГОСТ 9450-76 (СТ СЭВ 1195-78) – Взамен ГОСТ 9450-60; введ. 01.01.77. – М.: Издательство стандартов, 1976. – 35 с.
13. Государственная система обеспечения единства измерений. Металлы и сплавы. Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. Часть 1. Метод испытаний: ГОСТ Р 8.748-2011 (ISO 14577-1:2002). – Введ. 01.05.2013. – М.: Стандартинформ, 2013. – 24 с.
14. Пат. 2150688 Российская Федерация. МПК G01N 19/02. Способ определения коэффициента трения покоя поверхностных слоев материала / В.В. Измайлов, А.Ф. Гусев, И.Н. Нестерова, А.А. Иванова; заявитель и патентообладатель Тверской государственный технический университет. – № 98123423/28; заявл. 25.12.98; опубл. 10.06.2000, Бюл. № 16. – 10 с.
15. Столяров, В.В. Размерные эффекты трения в чистом титане / В.В. Столяров // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. − 2024. − Вып. 16. − C. 729-737. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.729.
16. Афанасьева, Л.Е. Абразивная износостойкость сплава Ti6Al4V, полученного по технологии селективного электронно-лучевого плавления / Л.Е. Афанасьева, М.В. Новоселова, А.И. Иванова и др. // Вестник Тверского государственного технического университета. Серия: Технические науки. – 2019. – № 1 (1). – С. 26-35.
17. Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения: ГОСТ 27674-88. – Взамен ГОСТ 23.002-78; введ. 01.01.1989. – М.: Издательство стандартов, 1988. – 21 с.
18. Мышкин, Н.К. Трение, смазка, износ / Н.К. Мышкин, М.И. Петроковец. – М.: Физматлит, 2007. – 368 с.
19. Sdobnyakov, N.Yu. Simulation of phase transformations in titanium nanoalloy at different cooling rates / N.Yu. Sdobnyakov, V.S. Myasnichenko, C.-H. San et al. // Materials Chemistry and Physics. – 2019. – V. 238. – Art. No 121895. – 9 p. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2019.121895.
20. Афанасьева, Л.Е. Неоднородность износостойкости аустенитной коррозионностойкой стали, полученной селективным лазерным плавлением / Л.Е. Афанасьева, К.А. Сахаров, В.В. Измайлов, М.В. Новоселова // Черные металлы. – 2023. – № 6. – С. 41-46. DOI: 10.17580/chm.2023.06.06.
21. Рыбакова, Л.М. Структура и износостойкость металла / Л.М. Рыбакова, Л.И. Куксенова. – М.: Машиностроение, 1982. – 212 с.
22. Semiatin, S.L. The effect of alpha platelet thickness on plastic flow during hot working of Ti-6Al-4V with a transformed microstructure / S.L. Semiatin, T.R. Bieler // Acta Materialia. – 2001. – V. 49. – I. 17. – P. 3565-3573. DOI: 10.1016/S1359-6454(01)00236-1.