ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ1-0 МЕТОДОМ ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ С ВВЕДЕНИЕМ ПОРОШКОВ МЕДИ, НИКЕЛЯ И АЛЮМИНИЯ

Исследованы особенности структурообразования в композиционных материалах с металлической матрицей на основе титанового сплава ВТ1-0 при фрикционной перемешивающей обработке с введением порошковых частиц меди, никеля и алюминия. Полученные результаты свидетельствуют о сложном и неоднороднном характере пластического течения металла по контуру инструмента при обработке с введением порошков различных металлов и их смеси. При обработке образуется достаточно неоднородная структура с неравномерным распределением порошков в объеме зоны перемешивания. Порошковые частицы за счет реакции с титановой матрицей образуют ряд интерметаллидных фаз различного состава. При этом однородного перемешивания смесей порошковых материалов с достижением образования сложных по составу интерметаллидов не было достигнуто. В зоне перемешивания в областях, обогащенных смесью вводимого порошка, наблюдается образование неоднородного материала из исходных порошков и интерметаллидов на их основе без реакции между ними и титановой матрицей. Наиболее обогащенными упрочняющими частицами на основе вводимых порошков являются подплечевая область зоны перемешивания, ее нижняя часть и наступающая сторона. Отступающая сторона зоны перемешивания является обедненной упрочяющими фазами. При использованных параметрах процесса обработки четырех проходов инструментом было недостаточно для обеспечения однородного распределения интерметаллидных фаз в зоне перемешивания. Механические свойства образцов из-за формируемых неоднородностей находятся на невысоком уровне. Пластичность полученных композитов не превышает 1,0 ‒ 1,5 %. Наибольшие пределы прочности (680 МПа) и текучести (620 МПа) характерны для наиболее однородных по структуре образцов, модифицированных при обработке порошковыми частицами меди, никеля и алюминия в соотношении 1 : 1 : 1.

1. Mironov S.Yu., Sato Y.S., Kokawa H. Grain Structure Evolution during Friction-Stir Welding. Physical Mesomechanic. 2020;23(1):21–31. EDN: QUSALM;

2. https://doi.org/10.1134/S1029959920010038

3. Arif M., Malik W., Mir M.A., Ahmad T., Lone N.F., Siddiquee A.N. Green welding. exploring the environmental and health bene-fits of friction stir welding over conventional welding methods. Bulletin of the Siberian State Industrial University. 2023;1(43):83–88.

4. http://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-1(43)-83-88

5. Mironov S.Yu. Temperature Distribution within the Friction Stir Welding Tool. Physi-cal Mesomechanic. 2023;26(1):33–38.

6. Jayalakshmi S., Arvind Singh R., Vivek Anand A., Srinivas Rao K., Konovalov S. Mi-crostructure dependence of AL6061 surface composite on tool rotation speed during fric-tion stir processing. Bulletin of the Siberian State Industrial University. 2022;3(41):45–55.

7. Kolubaev E.A., Rubtsov V.E., Chumaevsky A.V., Astafurova E.G. Micro-, Meso- and Macrostructural Design of Bulk Metallic and Polymetallic Materials by Wire-Feed Electron-Beam Additive Manufacturing. Physical Me-somechanic. 2022;25(6):479–491.

8. http://doi.org/10.1134/S1029959922060017

9. Mashinini P.M., Dinaharan I., Raja J.D., Hat-tingh D.G. Materials Characterization Micro-structure Evolution and Mechanical Charac-terization of Friction Stir Welded Titanium Alloy Ti–6Al–4V Using Lanthanated Tung-sten Tool. Materials Characterisation. 2018;139:328–336. https://doi.org/10.1016/J.MATCHAR.2018.03.020

10. Seighalani K.R., Givi M.K.B., Nasiri A.M., Bahemmat P. Investigations on the Effects of the Tool Material, Geometry, and Tilt Angle on Friction Stir Welding of Pure Titanium. Journal of Materials Engineering and Perfor-mance. 2010;19:955–962.

11. http://doi.org/10.1007/s11665-009-9582-8

12. Du S., Liu H., Gao Y., Hu Y., Zhou L. Effects of Process Parameters on Joint Formation and Tool Wear Behavior in Friction Stir Welded TA5 Alloy. International Journal of Advanced Manufacturing Technologies. 2022;123:2531–2547. http://doi.org/10.1007/s00170-022-10366-1

13. Costa A.M.S., Oliveira J.P., Pereira V.F., Nunes C.A., Ramirez A.J. Tschiptschin, A.P. Ni-Based Mar-M247 Superalloy as a Friction Stir Processing Tool. Journal of Materials Technologies. 2018;262:605–614.

14. https://doi.org/10.1016/J.JMATPROTEC.2018.07.034

15. Zykova A.P., Tarasov S.Y., Chumaevskiy A.V., Kolubaev E.A. A review of friction stir processing of structural metallic materials: Process, properties, and methods. Metals. 2020;10(6):772. http://doi.org/10.3390/met10060772

16. Farias A., Batalha G.F., Prados E.F., Magnabosco R., Delijaicov S. Tool Wear Evaluations in Friction Stir Processing of Commercial Titanium Ti-6Al-4V. Wear. 2013;302(1–2):1327–1333.

17. http://doi.org/10.1016/j.wear.2012.10.025

18. Fall A., Fesharaki M.H., Khodabandeh A.R., Jahazi M. Tool Wear Characteristics and Ef-fect on Microstructure in Ti‒6Al‒4V Friction Stir Welded Joints. Metals. 2016;6(11):275. https://doi.org/10.3390/met6110275

19. Zhang Y., Sato Y.S., Kokawa H., Park S.H.C., Hirano S. DuStir zone microstructure of commercial purity titanium friction stir weld-ed using pcBN tool. Materials Science and Engineering A. 2008;488:25–30.

20. Wu L.H., Wang D., Xiao B.L., Ma Z.Y. Tool wear and its effect on microstructure and properties of friction stir processed Ti–6Al–4V. Materials Chemistry and Physics. 2014;146(3):512–522. http://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2014.04.002

21. Du S., Liu H., Jiang M., Zhou L., Gao F. The Performance of a Co-Based Alloy Tool in the Friction Stir Welding of TA5 Alloy. Wear. 2022;488–489:204180. https://doi.org/10.1016/j.wear.2021.204180

22. Zykova A., Vorontsov A., Chumaevskii A., Gurianov D., Gusarova A., Kolubaev E., Tara-sov S. Structural Evolution of Contact Parts of the Friction Stir Processing Heat-Resistant Nickel Alloy Tool Used for Multi-Pass Pro-cessing of Ti6Al4V/(Cu+Al) System. Wear. 2022;488–489:204138.

23. Tarasov S.Y., Rubtsov V.E., Kolubaev E.A. A Proposed Diffusion-Controlled Wear Mecha-nism of Alloy Steel Friction Stir Welding (FSW) Tools Used on an Aluminum Alloy. Wear. 2014;318(1–2):130–134.

24. https://doi.org/10.1016/j.wear.2014.06.014

25. Zykova A., Vorontsov A., Chumaevskii A., Gurianov D., Savchenko N., Gusarova A., Kolubaev E., Tarasov S. In Situ In-termetallics-Reinforced Composite Prepared Using Multi-Pass Friction Stir Processing of Copper Powder on a Ti6Al4V Alloy. Materi-als. 2022;15(7):2428. EDN: KFFTDE; https://doi.org/10.3390/ma15072428

26. Mahmoud, E.R.I.; Al-qozaim, A.M.A. Fabri-cation of In-Situ Al-Cu Intermetallics on Aluminum Surface by Friction Stir Pro-cessing. Arabian journal of Science and Engi-neering. 2016;41:1757–1769. http://doi.org/10.1007/s13369-015-1889-1

27. Qian J., Li J., Xiong J., Zhang F., Lin X. In situ synthesizing Al3Ni for fabrication of in-termetallic-reinforced aluminum alloy compo-sites by friction stir processing. Materials Sci-ence and Engineering: A. 2012;550:279–285.

28. https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.04.070