CC BY
0
новые материалы и технологии
New materials and technology
УДК 669.785:669.295 Б01 10.25960/то.2019.4.44
Использование фаз внедрения
для поверхностного упрочнения деталей
из титановых сплавов
А. Л. Гавзе, С. Ю.Чусов
Отмечены особенности физико-механических свойств титановых сплавов, способствующих и препятствующих расширению их использования для изготовления ответственных деталей транспортного машиностроения. Рассмотрены различные способы поверхностного упрочнения деталей из титановых сплавов. Показано, что наиболее интенсивное упрочнение поверхностных слоев деталей может быть реализовано при использовании фаз внедрения. Предложены методы поверхностного упрочнения деталей, работающих в условиях фрикционного контакта, усталостного нагружения и интенсивного ударного воздействия.
Ключевые слова: детали из титановых сплавов, упрочнение поверхности, фазы внедрения, повышение износостойкости, стойкость при скоростном ударном воздействии.
Введение
Титановые сплавы, используемые в качестве конструкционных материалов в различных областях современной техники, отличаются рядом физико-механических свойств, обеспечивающих их преимущество по сравнению с традиционными материалами на основе железа и алюминия. К числу этих свойств относятся: высокая удельная прочность, коррозионная стойкость в атмосфере, морской воде и ряде агрессивных сред, пониженные модули упругости, теплопрочность, немагнитность, удовлетворительная технологичность. Однако следует отметить недостаточную износостойкость титановых деталей, их склонность к налипанию в условиях фрикционного контакта со стальными деталями, а также невысокую контактную прочность, что вызвано пониженными антифрикционными характеристиками и невысокой поверхностной твердостью титановых сплавов. Указанные недостатки связаны с физико-химическими особенностями титана и его сплавов и в значительной мере могут быть устранены модифицированием и упрочнением поверхности деталей.
Основная часть
Для модифицирования поверхностей деталей из титановых сплавов применяются методы нанесения гальванических (хромирование), химических (никелирование) покрытий, напыления тугоплавких частиц с использованием газотермических (электродугового, плазменного и детонационного) методов. Использование упомянутых способов не всегда приводит к необходимому результату. Гальванические и химические покрытия до некоторой степени улучшают антифрикционные характеристики, но не позволяют добиться существенного упрочнения поверхностей и создают проблемы с наводораживанием деталей, а напыление не обеспечивает надежного сцепления и непригодно для упрочнения деталей, работающих в условиях интенсивного контактного и ударного нагружения.
Поверхностная твердость деталей из титановых сплавов с (а + Р)- и Р-структурами в определенной степени (до 48-50 ИИС) может быть повышена применением термической обработки, включающей закалку поверхностного слоя детали и последующее
старение, вызывающие дисперсионное твердение сплавов при распаде метастабильных фаз. Для нагрева под закалку могут быть использованы токи высокой частоты (ТВЧ), излучение оптического квантового генератора, воздействие низкотемпературной плазмы или концентрированных ускоренных электронных потоков.
Указанные виды нагрева были проверены в работах АО «НИИ стали», направленных на упрочнение поверхности деталей из двухфазных (а + Р)-титановых сплавов конструкционного и броневого назначения. Было установлено, что вид источника нагрева практически не влияет на степень упрочнения, и для практической реализации был выбран нагрев токами высокой частоты как более простой, технологичный и обладающий большими возможностями по глубине упрочнения. Показано, что таким способом могут быть повышены статическая контактная прочность и контактная выносливость титановых деталей, работающих в узлах трения качения (например, оси балансиров подвески гусеничных машин с игольчатыми подшипниковыми узлами [1]), а также защитные характеристики элементов средств индивидуальной бронезащиты, используемых в конструкциях общевойсковых бронежилетов 6Б3ТМ, 6Б5, 6Б12 [2]. При этом антифрикционные характеристики титановых сплавов существенно не улучшаются.
Механические свойства титана, как и других переходных металлов IV, V и VI групп Периодической системы Менделеева, сильно зависят от содержания таких элементов, как кислород, азот и углерод, образующих твердые растворы внедрения на основе низкотемпературной а-модификации титана и обширный класс соединений — оксиды, нитриды, карбиды, карбонитриды, оксинитри-ды, карбооксиды. Небольшие добавки этих элементов приводят к резкому возрастанию прочностных характеристик. Представляется целесообразным легирование указанными элементами поверхностных слоев деталей из титановых сплавов в целях изменения их физико-химических свойств и интенсивного упрочнения.
Реализация этого направления осуществлена в применяемых на практике технологиях химико-термической обработки (терми-
ческое оксидирование, или альфирование, и азотирование) деталей из титановых сплавов [3-5].
Термическое оксидирование (альфирова-ние) заключается в насыщении кислородом воздуха при температурах 700-900 °С поверхности деталей, помещенных в емкости с песком или графитом, в течение 2-10 ч. В процессе нагрева образуются диффузионный слой твердого раствора кислорода в а-титане толщиной до 70 мкм с микротвердостью более 5000 МПа и тонкие (до 10 мкм) слои окислов титана (в песке) или карбоокислов (в графите). Микротвердость поверхности оксидированных деталей достигает 9400-12 000 МПа.
Азотирование титановых деталей проводится в герметичных контейнерах при температурах 850-950 °С и несколько повышенном или пониженном относительно атмосферного давлении азота с выдержкой 10-30 ч. При этом происходит насыщение поверхности деталей азотом с образованием тонкой зоны нитридов титана и зоны толщиной 40-90 мкм твердого раствора азота в а-титане с микротвердостью более 7000 МПа. Микротвердость поверхности азотированных деталей достигает 15 000-18 000 МПа.
Применение упомянутых способов химико-термической обработки существенно улучшает антифрикционные характеристики и износостойкость деталей из титановых сплавов, работающих в условиях фрикционного контакта в смазываемых узлах скольжения, и повышает их статическую контактную прочность. Однако их широкому использованию препятствуют некоторые недостатки, основными среди которых являются:
• снижение характеристик пластичности, ударной вязкости и характеристик выносливости материала деталей из-за образования хрупкого поверхностного слоя и изменения структурного состояния сердцевины деталей в связи с их длительной выдержкой при повышенной температуре;
• опасность изменения размеров, поводок и коробления тонкостенных и недостаточно жестких деталей сложной формы;
• повышенный износ сопряженных деталей, вызывающий необходимость доводки поверхности упрочненных деталей в целях удаления тонких слоев окислов или нитридов ли-
бо применения фрикционного латунирования поверхностей [6];
• необходимость защиты поверхностей, для которых насыщение примесями внедрения нежелательно, или обеспечение припусков порядка 0,1-0,2 мм для удаления упрочненных слоев механической обработкой.
В этой связи представляют интерес методы, обеспечивающие упрочнение локальных участков поверхностей деталей из титановых сплавов. Эти методы основаны на использовании воздействия на поверхностные слои деталей концентрированных энергетических потоков, вызывающих их локальное оплавление и насыщение кислородом и (или) азотом из воздушной атмосферы либо из газов, специально подаваемых в зону обработки.
Среди указанных методов модифицирования наиболее доступным, с точки зрения простоты оборудования и предъявляемых требований к технологическому процессу, является электроискровое легирование (ЭИЛ). Метод электроискрового легирования металлических поверхностей основан на использовании действия низкотемпературной плазмы низковольтного (до 36 В) электрического разряда, проходящего между электродом и деталью в газовой (как правило, в воздушной) среде. ЭИЛ обеспечивает упрочнение поверхностей воздействием быстрого нагрева и охлаждения локальных участков деталей под влиянием концентрированного потока энергии низкотемпературной плазмы периодических электроискровых разрядов. При этом происходит микролегирование этих участков из-за переноса в канале разряда материала анода (инструмента) на катод (упрочняемую деталь) и взаимодействия с атмосферными газами. Высокая температура в зоне разряда (500011 000 °С) и кратковременность его действия (10-2000 мкс) способствуют протеканию микрометаллургических процессов на поверхности детали, диффузии элементов материала электрода и ионизированных газов атмосферы в глубь поверхностного слоя детали без существенного нагрева ее основного объема. Многократное воздействие на обрабатываемую деталь искровыми разрядами приводит к изменению рельефа поверхности, а также состава, структуры и свойств ее поверхностного слоя. Толщина упрочненного слоя, как
правило, находится в пределах 10-400 мкм, в зависимости от мощности разрядов и используемых электродов. С применением установок электроискрового легирования различной мощности типа ЭФИ и «Элитрон» производства Опытного завода ИПФ АН МССР (г. Кишинев) и электродов из твердых сплавов Т15К6, ВК8, стали 30ХГСА, молибдена и титанового сплава ВТ3-1 при различных технологических режимах получены упрочненные слои на образцах и деталях из титановых сплавов и исследованы их структура, фазовый состав, некоторые физико-механические характеристики и износостойкость при трении скольжения в условиях лабораторных и натурных испытаний [7-9].
Структуру и фазовый состав упрочненных слоев исследовали методами металлографического и рентгеновского фазового анализа. Фазовый анализ указал на наличие фаз внедрения в виде твердых растворов и ин-терметаллидных соединений титана с кислородом и азотом, что является основным фактором упрочнения титановых сплавов. Микротвердость упрочненного слоя достигает 18 000-20 000 МПа. Металлографический анализ выявил различия в особенностях формирования структуры поверхностных слоев, связанные с изменением скорости охлаждения расплавленных микрообъемов. Данные рент-геноструктурного анализа указывают на наличие смешанного аморфно-кристаллического состояния слоев, охлаждение которых происходит с наибольшей скоростью. Расположение указанных слоев по глубине упрочненного слоя зависит от мощности искровых разрядов. Выявлен вязкий характер разрушения слоев, с которым связана возможность осуществления интенсивной пластической деформации (ППД) при обкатывании упрочненных ЭИЛ поверхностей образцов и деталей. Установлено, что ППД с использованием обкатки значительно повышает сопротивление усталости и понижает шероховатость поверхностей, подвергнутых ЭИЛ, что увеличивает износостойкость сопряженных трущихся деталей. В ходе лабораторных, стендовых и натурных испытаний показана возможность повышения долговечности и надежности смазываемых узлов трения, включающих детали из титанового сплава, и конструктивной проч-
ности самих титановых деталей при использовании поверхностного микролегирования электрическими разрядами с последующим модифицированием поверхности ППД обкаткой стальными роликами. На основе полученных результатов разработана и внедрена технология упрочнения титановых деталей подвески десантируемых военно-гусеничных машин (ВГМ).
Еще одним, сравнительно новым, способом упрочнения металлических поверхностей с использованием мощных электрических разрядов является воздействие периодических высоковольтных (2000 В) разрядов в потоке жидкости (ПРПЖ). В работах [10-12] показано, что такое воздействие повышает микротвердость поверхностных слоев конструкционных углеродистых и легированных сталей и титановых сплавов с псевдо-а- и (а + Р)-структурой. Поверхность этих материалов в зоне обработки становится покрытой отдельными или перекрывающимися кратерами, образовавшимися в результате расплавления и кристаллизации микрообъемов под действием одиночных электрических разрядов. Каждый кратер является микрослитком, закристаллизовавшимся в условиях интенсивного тепло-отвода в сторону окружающих объемов материала образца. В структуре микрослитков обнаружены зоны столбчатых и равноосых кристаллов, усадочные углубления и наплывы материала по периферии кратеров (рис. 1).
На поверхности наблюдаются цвета побежалости, свидетельствующие об образовании тонких пленок оксидов или оксинитридов на оплавленных и прилегающих к ним участках в результате взаимодействия материала с окружающей атмосферой в процессе высокотемпературного нагрева в зоне разряда. Общая толщина зон с измененной структурой находится в пределах 10-20 мкм.
В процессе исследований были выявлены определенные недостатки метода обработки титановых сплавов: относительно малая толщина упрочненного слоя и повышение параметров шероховатости обрабатываемых поверхностей, что может отрицательно сказаться на триботехнических и усталостных характеристиках упрочняемых деталей. Поэтому дальнейшее исследование структуры и свойств поверхностных слоев на цилиндрических об-
разцах из титанового сплава ВТ3-1 проводили после воздействия на них ПРПЖ различной интенсивности и после дополнительной обработки их с применением поверхностной пластической деформации (ППД), в качестве которой использовали обкатку поверхностей стальными роликами [13, 14]. Интенсивность обработки определялась средней энергией импульсов Е, зависящей от падения напряжения между электродами и от количества импульсов, воздействующих на единицу обрабатываемой площади J.
Качественные результаты рентгеновского фазового анализа сводятся к следующему:
• в поверхностных слоях образцов сплава ВТЗ-1, не подвергавшихся воздействию ПРПЖ, присутствуют а-фаза на основе ГПУ-решетки а-титана и Р-фаза с ОЦК-решеткой высокотемпературной модификации Р-титана с параметрами, измененными в соответствии с содержанием легирующих элементов в сплаве;
• в поверхностных слоях образцов, подвергнутых воздействию ПРПЖ с J = 10 30 имп./мм2, кроме а- и Р-фаз появляется фаза с ГПУ-решеткой с увеличенными параметрами а и с; эта фаза, условно обозначенная как ТЦО, представляет собой твердый раствор внедрения кислорода и азота в решетку а-Т1, легированный примесями замещения (А1, Мо и Сг);
• при увеличении удельной интенсивности обработки ПРПЖ до 30 имп./мм2 кроме ранее
Рис. 1. Поверхность образца из титанового сплава ВТ3-1 в зоне обработки периодическими разрядами в потоке жидкости
Fig. 1. View of the surface of the sample of titanium alloy VT3-1 in the zone of treatment with periodic discharges in the fluid flow
упомянутых фазовых составляющих в структуре поверхностного слоя идентифицируется фаза ТЮ с кубической решеткой со структурным типом КаС1;
• воздействие периодического высоковольтного разряда при J = 400 + 600 имп./мм2 дополнительно приводит к появлению диоксида титана (ТЮ2) с тетрагональной решеткой (тип анатаз) и исчезновению рефлексов Р-фазы;
• по мере увеличения удельной интенсивности обработки соотношение параметров решетки с/а ГПУ-фазы Т1(0, возрастает, что указывает на повышение концентрации примесей внедрения (О и К) в твердом растворе на основе а-Т в поверхностных слоях обрабатываемых образцов и является главной причиной их резкого упрочнения; микротвердость упрочненного слоя достигает 9800 МПа.
Поверхности, насыщенные примесями внедрения, при умеренных значениях интенсивности обработки ПРПЖ, приобретают способность к значительному деформационному упрочнению. Упрочнение поверхности под воздействием ПРПЖ, пластической деформации поверхности и комплексного упрочнения по схеме ПРПЖ + ППД не влияет на стандартные механические свойства титанового сплава ВТ3-1. Обкатывание стальными роликами титанового сплава, подвергнутого воздействию ПРПЖ, принципиально не изменяет структуру его поверхности, но приводит к сглаживанию рельефа и резкому улучшению характеристик шероховатости до значений, допу-
6000
й и
5000
4000
3000
о ч: а
и Н
2000
0
5
10
15
20
Объемная доля примесей в защитной атмосфере, %
Рис. 2. Зависимость твердости наплавок проволокой ВТ1-00 от содержания кислорода и азота в защитной атмосфере
Fig. 2. Dependence of hardness of surfacing with BT1-00 wire on the content of oxygen and nitrogen in a protective atmosphere
стимых для деталей, работающих в условиях трения в подвижных соединениях.
Комплексное воздействие на поверхность с использованием ПРПЖ и ППД можно рассматривать в качестве перспективного способа упрочнения поверхности конструкционных деталей из титановых сплавов, работающих в условиях контактного нагружения.
Рассмотренные способы упрочнения титановых сплавов с применением химико-термической обработки и электрических разрядов для микролегирования рабочих поверхностей с образованием фаз внедрения обеспечивают повышение контактной прочности, улучшают антифрикционные характеристики и повышают работоспособность смазываемых подшипниковых узлов и сопротивление фрет-тинг-корозии. Однако недостаточная глубина упрочнения не позволяет существенно повысить износостойкость деталей, работающих в условиях абразивного износа, и бронестой-кость титановых преград при воздействии современных средств поражения с высокотвердыми сердечниками.
Решение указанных задач просматривается на пути поверхностного легирования титановых сплавов примесями внедрения (в первую очередь азотом и кислородом) с использованием электродуговой или плазменной наплавки либо оплавления с подачей в зону обработки дозированных газовых смесей, состоящих из аргона, азота, кислорода, углекислого газа и т. п. Возможность получения твердых наплавок путем легирования кислородом и азотом из газовой фазы была показана в работе [15]. На рис. 2 видно, что с введением кислорода до 10 % в защитную атмосферу твердость НУ наплавки проволокой ВТ1-00 достигает 5000 МПа, а при введении азота до 20 % — 4600 МПа.
Для определения возможности существенного повышения износостойкости титановых деталей, работающих в условиях абразивного износа, а также в условиях трения скольжения при недостатке смазки и попадании абразива в зону трения были исследованы образцы и детали из сплава ВТ3-1 с наплавкой проволокой СПТ-2, с подачей в зону обработки аргона, с добавкой до 10 объемных процентов кислорода. Лабораторные испытания показали, что введение 5 % кислорода
позволяет повысить твердость НУ образцов до 4500 МПа и уровень их износостойкости в 3-4 раза при абразивном сухом трении по методикам ВИСХОМ.
При этом кислород образует твердый раствор внедрения в а-фазе титана без выделения оксидных фаз, которые могли бы привести к резкому охрупчиванию материала и ухудшению характеристик выносливости при циклическом нагружении деталей ходовой части специальных гусеничных машин. Повышение износостойкости указанных деталей с наплавкой (рис. 3) без потери их конструктивной прочности в условиях ходовых испытаний было отмечено в работе [16].
Аналогичные результаты получены в результате оплавления поверхности титанового сплава лазерным излучением в газовой среде, содержащей активные элементы внедрения. При этом легирование азотом, углеродом и бором проводилось таким образом, чтобы упрочнение с достижением максимальной твердости на поверхности до 5600 НУ обеспечивалось образованием твердых растворов внедрения без выделения нитридов, карбидов и боридов [17].
Увеличение концентрации кислорода и азота в составе газовых смесей, подаваемых в зону обработки электрической дугой или плазменным потоком, приводит к образованию на поверхности образцов и деталей помимо твердых растворов внедрения кислорода и азота на основе а- и Р-фаз титана оксидов, нитридов, а при наличии обоих газов или углекислого газа — и оксинитридов, карбидов и карбонитридов титана различного сте-хиометрического состава [18, 19]. В этом случае в результате оплавления формируется ме-таллокерамический слой толщиной десятки миллиметров, имеющий дендритное строение и состоящий из высокотвердых фаз (нитридов, оксидов и оксинитридов) в окружении менее твердых растворов внедрения и замещения в титане. Микротвердость на отдельных участках поверхностного слоя достигает 12 000-13 000 МПа, а макротвердость поверхности — 70 НИС и более.
В ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» (г. Верхняя Салда) при участии АО «НИИ стали» разработана технология поверхностной обработки листов и плит из экономнолегиро-
Рис. 3. Титановые балансиры подвески БМП-1, упрочненные наплавкой с введением азота в защитную атмосферу
Fig. 3. Titanium balancers suspension BMP-1, hardened by welding with the introduction of nitrogen into the protective atmosphere
ванного двухфазного титанового сплава, позволяющая получить бронепанели с поверхностным толстым слоем металлокерамической композиции твердостью до 72 HRC, прочно
Сравнительные массовые характеристики защитных структур на основе композитных титанокерамических бронепанелей в сравнении с защитными структурами на основе броневых сталей и алюмооксидной керамики (класс защиты по ГОСТ Р 50744-95Бр5)
Comparative mass characteristics of protective structures based on composite titan-ceramic armored panels in comparison with protective structures based on armor steels and alumina ceramics (protection class according to GOST R 50744-95)
Структура защиты Поверхностная плотность преграды, в процентах к традиционной серийной защите
Сталь + сталь 100
Керамика А^Оз + сталь 82
Титанокомпозит + сталь 79
Титанокомпозит 62
П р и м е ч а н и е. Снижение массы от 20 % (для навесных конструкций) до 38 % (для цельносварных конструкций) по сравнению с традиционной схемой стальной защиты и от 3 % (для навесных конструкций) до 24 % (для цельносварных конструкций) по сравнению с композицией керамика А12О3 + сталь.
связанным с основой листа (плиты), при сохранении высоких прочности и ударной вязкости тыльной стороны композитной преграды на уровне исходной заготовки. Указанный поверхностный слой вызывает разрушение высокотвердых сердечников бронебойных пуль и приводит к резкому повышению стойкости бронепреград при их удовлетворительной живучести (допустимое расстояние между поражениями от 25 до 60-90 мм в зависимости от средства поражения). Изготовленные таким способом плиты могут быть использованы как в качестве монопреграды, так и в составе разнесенной или комбинированной брони.
Некоторые предварительные результаты испытаний плит из экономнолегированного двухфазного титанового сплава с поверхностным упрочнением и композиций с их применением приведены в таблице.
Выводы
1. Использование фаз внедрения является наиболее эффективным способом поверхностного упрочнения титановых сплавов и позволяет улучшить антифрикционные характеристики и повысить работоспособность деталей, работающих в условиях фрикционного контакта, абразивного износа и интенсивных ударных нагрузок.
2. Для улучшения антифрикционных характеристик и контактной прочности деталей достаточно упрочнения на глубину до 400 мкм, для чего могут быть использованы методы химико-термической обработки и микролегирования относительно слабыми электрическими импульсами.
3. Повышение абразивной износостойкости деталей и защитных свойств бронепреград достигается созданием упрочненного слоя толщиной до десятков миллиметров путем оплавления их поверхности с использованием электродуговых и плазменных воздействий с подачей в защитную атмосферу активных газовых реагентов.
Литература
1. Гавзе А. Л., Гуляев А. М., Ивашко В. В. Использование скоростного электронагрева при термической обработке для повышения служебных характеристик деталей из титанового сплава // Материалы научно-тех-
нической конференции «Металловедение и современные разработки в области технологий литья, деформации и термической обработки легких сплавов»: научное электронное издание локального распространения. М.: ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ, 2016.
2. Петрова Э. Н., Яньков В. П. Титановые сплавы как броневые материалы для средств индивидуальной защиты // Вопросы оборонной техники. Сер. 15. М.: ФГУП «НТЦ «Информтехника», 2008. Вып. 1. С. 44-47.
3. Колачев Б. А., Ливанов В. А., Елагин В. И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М.: Металургия, 1972. С. 327-328.
4. Солонина О. Н., Глазунов С. Г. Титановые сплавы. Жаропрочные титановые сплавы. М.: Металлургия, 1976. С. 377-382.
5. Титановые сплавы в машиностроении / Б. Б. Чечулин, С. С. Ушков, И. Н. Разуваева, В. Н. Гольдфайн; под ред. Г. И. Капырина. Л.: Машиностроение, 1977. 248 с.
6. А. с. № 726213 / 20.12.1977. Способ обработки изделий из титановых сплавов / А. Л. Гавзе, А. М. Лег-кодух, М. Г. Фрейдлин, Д. Н. Гаркунов // Бюл. изобретений 9614. 20.05.1996.
7. Применение электроискрового легирования для повышения работоспособности титановых сплавов в смазываемых узлах трения / М. Г. Фрейдлин, М. А. Никаноров, А. Л. Гавзе, А. М. Легкодух // Электронная обработка материалов. 1980. № 4. С. 88-91.
8. Структурные особенности слоев, полученных при электроискровом легировании титановых сплавов / М. Г. Фрейдлин, Р. М. Бродская, А. М. Легкодух, А. Л. Гавзе // Электронная обработка материалов. 1986. № 2. С. 26-28.
9. Гавзе А. Л. Использование эффекта быстрой кристаллизации при разработке износостойких покрытий для деталей из титанового сплава / VI Евразийская научно-практическая конференция «Прочность неоднородных структур»: сб. тр. М.: НИТУ «МИСиС», 2012. С. 34.
10. Периодический разряд в потоке жидкости как средство повышения качества поверхности металла / А. В. Нестерович, Б. Ю. Богданович, Б. А. Калин, А. М. Пучков // Труды 4-й Всероссийской конференции по модифицированию свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц. Томск: ТГУ, 1996. С. 102-104.
11. Нестерович А. В. Богданович Б. Ю., Калин Б. А. Упрочнение поверхности углеродистой стали при воздействии высоковольтного разряда в потоке жидкости // Сб. тр. научной сессии МИФИ 99. М.: МИФИ, 1999. Т. 5. С. 90-92.
12. Влияние периодического высоковольтного разряда в потоке жидкости на поверхностные слои конструкционных сталей и титановых сплавов / А. Л. Гавзе, А. П. Матевосьян, А. В. Нестерович, Б. Ю. Богданович // Металловедение и термическая обработка металлов. 2001. № 9. С. 34-38.
13. Упрочнение поверхностей металлических материалов с использованием периодических высоковольтных разрядов в потоке жидкости / А. Л. Гавзе, И. И. Шес-таков, А. В. Нестерович [и др.] // Металлообработка. 2003. № 3. С. 8-11.
14. Упрочнение поверхности титанового сплава в периодическом высоковольтном разряде в потоке жидко-
сти / А. Л. Гавзе, А. В. Нестерович, Б. Ю. Богданович, П. В. Алферов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. № 2. С. 26-30.
15. Третьяков Ф. Е. Сварка плавлением титана и его сплавов. М.: Машиностроение, 1968. 142 с.
16. Упрочнение поверхности титановых сплавов наплавкой / А. Л. Гавзе, А. М. Легкодух, М. Г. Фрейдлин, Г. С. Яковлев// Вестник бронетанковой техники. 1976. № 5. С. 35-36.
17. Пат. РФ № 2407822/08.07.2005. Способ получения износостойких и обладающих высокой усталостной прочностью поверхностных слоев на деталях из титано-
вых сплавов и деталь, изготовленная этим способом / Берндт Бренер, Штеффен Бонс, Франк Тутц [и др.]. Публ. 27.12.2010.
18. Пат. РФ № 2427666/21.12.2009. Способ упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов / А. Е. Михеев, С. С. Ивасев, А. В. Гирн, Е. В. Вахтаев Публ. 27.08.2011.
19. Патент РФ № 2647963/03.08.2016. Композиционный материал на основе титанового сплава и способ его получения / Г. А. Агарков, М. Г. Близник. Публ. 08.02.2016.
Сведения об авторах
Гавзе Аркадий Львович — кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ОАО «НИИ стали». 127411, Москва, Дубнинская ул., д. 81А, е-mail: mail@niistali.ru
| Чусов Сергей Юрьевич] — начальник отдела, НИИ стали, 127411, Москва, Дубнинская ул., д. 81А, e-mail: n42@ niistali.ru
Для цитирования: Гавзе А. Л., Чусов С. Ю. Использование фаз внедрения для поверхностного упрочнения деталей из титановых сплавов // Металлообработка. 2019. № 4 (112). С. 44-52.
UDC 669.785:669.295 DOI 10.25960/mo.2019.4.44
Use of interstitial phase for titanium alloy items hardfacing
А. L. Gavze, S. Yu. Chusovl
Features of physical and mechanical properties of titanium alloys, which are conductive and prohibitive for enlargement of said alloys use for manufacturing of domestic major parts of transport engineering, were highlighted. The paper studies various hardfacing methods of titanium alloys item shells. It is shown that the most intensive hardening of the items shells can be achieved via use of interstitial phases. The paper offers hardfacing methods for items used underfrictional contact, fatigue loading and heavy shock impact conditions.
Keywords: titanium alloy items, shell hardfacing, interstitial phases, increase of wear resistance, high-speed shock impact resistance.
References
1. Gavze A. L., Gulyaev A. M., Ivashko V. V. The use of high-speed electrical heating during heat treatment to improve the performance characteristics of parts made of titanium alloy. // Materials of the scientific and technical conference "Metal science and modern developments in the field of casting technologies, deformation and heat treatment of light alloys". Scientific electronic edition of local distribution. M.: FSUE "VIAM" SSC RF, 2016.
2. Petrova E. N., Yankov V. P. Titanium alloys as armor materials for personal protective equipment // Questions of defense technology. Ser.15. M.: FSUE "NTC" Informtekhnika", 2008. Issue 1 (148) - 2 (149). P. 44-47.
3. Kolachev B. A., Livanov V. A., Elagin V. I. Metal science and heat treatment of non-ferrous metals and alloys. M.: Metallurgy, 1972. S. 327-328.
4. Solonina O. N., Glazunov S. G. Titanium alloys. Heat-resistant titanium alloys. M.: Metallurgy, 1976. S. 377-382.
5. Chechulin B. B., Ushkov S. S., Razuvaeva I. N., Goldfein V. N. Titanium alloys in mechanical engineering. Edited by G. I. Kapyrina. L.: Mechanical Engineering (Leningrad Branch), 1977. 248 p.
6. N 726213 / 20.12.1977 Copyright certificate / A. L. Gavze, A. M. Legkodukh, M. G. Freidlin, D. N. Garkunov. The method of processing products from titanium alloys. Bulletin of inventions 9614. 20.05.1996.
7. Freidlin M.G., Nikanorov M. A., Gavze A. L., Legkodukh A. M. Use of Electrospark Doping to Improve the Performance of Titanium Alloys in Lubricated Friction Units // Electronic Processing of Materials. 1980. N 4. P. 88-91.
8. Freidlin M. G., Brodskaya R. M., Legkodukh A. M., Gavze A. L. Structural features of the layers obtained by electrospark alloying of titanium alloys // Electronic processing of materials. 1986. N 2. P. 26-28.
9. Gavze A. L. Using the effect of rapid crystallization in the development of wear-resistant coatings for parts made of titanium alloy // Collection of works of the VI Eurasian scientific-practical conference "Strength of heterogeneous structures". M.: NITU "MISiS", 2012. P. 34.
10. Nesterovich A. V. Bogdanovich B. Yu., Kalin B. A., Puchkov A. M. Periodic discharge in a fluid stream as a means of improving the quality of a metal surface // Proceedings of the 4th All-Russian Conference on Modifying the Properties of Structural Materials with Beams of Charged Particles. Tomsk: TSU, 1996. P. 102-104.
11. Nesterovich A. V. Bogdanovich B. Yu., Kalin B. A. Hardening the surface of carbon steel when exposed to a high-voltage discharge in a fluid flow // Proc. Proceedings of the scientific session of MEPI 99. M.: MEPI, 1999. V. 5. P. 90-92.
12. Gavze A. L., Matevosyan A. P., Nesterovich A. V., Bogdanovich B. Yu. Influence of a periodic high-voltage discharge in a fluid flow on surface layers of structural steels and titanium alloys // Metallurgy and heat treatment of metals. 2001. N 9. P. 34-38.
13. Gavze A. L., Shestakov I. I., Nesterovich A. V. Bogdanovich B. Yu., Alferov P. V. Hardening the surfaces of metallic materials using periodic high-voltage discharges in a fluid flow // Metalloobrabotka. 2003. N 3. P. 8-11.
14. Gavze A.L., Nesterovich A.V., Bogdanovich B.Yu., Alferov P.V. Hardening the surface of a titanium alloy in a periodic high-voltage discharge in a fluid flow // Metallurgy and heat treatment of metals. 2005. N 2. P. 26-30.
15. Tretyakov F. E. Fusion welding of titanium and its alloys. M.: Mashinostroenie, 1968. 142 p.
16. Gavze A. L., Legkodukh A. M., Freidlin M. G., Yakovlev G. S. Surface hardening of titanium alloys by overlaying // Bulletin of armored vehicles. 1976. N 5. P. 35-36.
17. RF patent № 2407822 / 08.07.2005. Berndt Brener, Steffen Bons, Frank Tutz, Jerg Casper, David Walter. The method of obtaining wear-resistant and high fatigue strength surface layers on parts made of titanium alloys and parts made in this way. Pub. 27.12.2010.
18. RF patent № 2427666 / 21.12.2009. Mikheev A. E., Ivasev S. S., Girn A. V., Vakhtaev E. V. The method of hardening the surface of titanium alloys. Publ. 08.27.2011
19. RF patent № 2647963 / 08.08.2016. Agarkov G. A., Bliznik M. G. Composite material based on titanium alloy and method for its production. Publ. 02/08/2016.
Contact authors
Gavze Arkady Lvovich — Ph. D., leading researcher, JSC "Research Institute of Steel", 127411, Moscow, ul. Dubninskaya, house 81 A, e-mail: mail@niistali.ru
|Chusov Sergey Yuryevich | — Head of Department, JSC "Research Institute of Steel", 127411, Moscow, Dubninskaya str., 81 A, e-mail: mail@niistali.ru
For citation: Gavze A. L., Chusov S. Yu. Use of interstitial phase for titanium alloy items hardfacing // Metalloobrabotka. 2019. N 4 (112). P. 44-52.
УВАЖАЕМЫЕ АВТОРЫ!
Обращаем ваше внимание на существенные изменения в правилах оформления статей.
Просим предоставлять перевод на английский язык: подрисуночных подписей, названий таблиц, списка литературы. Пожалуйста, не присылайте перевод отдельными файлами. Он должен следовать сразу после русского текста. Название статьи — перевод, ключевые слова — перевод, название таблицы — тут же перевод, подрисуночные подписи — ниже перевод, не забывайте про перевод экспликаций в рисунках. В финале статьи после русского списка литературы, должен следовать список на английском языке. Также, пожалуйста, не забываем про сведения обо всех авторах на двух языках: полностью ФИО, должность, звание, место работы с индексом и адресом, электронная почта.
В статье обязательно должны быть ссылки за зарубежные источники, цитируемые в Scopus и Web of Science.
Материалы, не соответствующие перечисленным критериям, не будут допущены к рецензированию!
С уважением, редакция журнала «Металлообработка»
