ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИНСТРУМЕНТА ИЗ СПЛАВА ЖС6У И АДДИТИВНО ПОЛУЧЕННОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВА ПРИ ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЙ ОБРАБОТКЕ

Исследованы особенности взаимодействия титанового сплава ВТ6св, подложки из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т и инструмента из никелевого жаропрочного сплава ЖС6У при фрикционной перемешивающей обработке. Показано, что механизм взаимодействия инструмента и материала при фрикционной перемешивающей обработке может претерпевать значительные изменения за счет внедрения в зону контакта второго материала. Последовательность процесса изнашивания инструмента в виде постепенного формирования трибологического слоя из механической смеси интерметаллидных фаз и карбидов сохраняется, но интенсивность износа увеличивается. Обнаружено, что даже небольшое избыточное внедрение пина инструмента в подложку приводит к замешиванию ее фрагментов в материал заготовки, что изменяет процесс течения и переноса металла по контуру инструмента.  Исследования с применением методики быстрой остановки процесса обработки с вырезкой участка с внедренным в заготовку инструментом позволили определить, каким образом в материал заготовки внедряются фрагменты инструмента и подложки. Обнаружено, что это происходит за счет образования узких потоков по контуру инструмента с ярко выраженной вертикальной направленностью. Внедрение фрагментов инструмента в материал зоны перемешивания происходит непрерывно в процессе обработки, показывая реализацию как ламинарных, так и вихревых потоков металла. Взаимодействие потоков металла титанового сплава и потоков от подложки имеет сложный и неоднородный характер. Это связано с давлением, оказываемым инструментом на заготовку за счет силы прижима и усилия сопротивления продольному перемещению инструмента.

1. DebRoy T., Wei H.L., Zuback J.S., Mukherjee T., Elmer J.W., Milewski J.O., Beese A.M., Wil-son-Heid A., De A., Zhang W. Additive man-ufacturing of metallic components ‒ Process, structure and properties. Progress in Materials Science. 2018;92:112–224.

2. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2017.10.001

3. Ван Я., Коновалов С.В., Чэн С., Панченко И.А., Коток М.М. Исследование влияния термической обработки на сплавы системы Сu – Аl, получен-ные проволочно-дуговым аддитивным спо-собом. Вестник Сибирского государствен-ного индустриального университета. 2023;1(43):89–97. EDN: DWMDLS. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-1(43)-89-97

4. Astafurova E.A., Astafurov S.V., Reunova K.A., Melnikov E.V., Moskvina V.A., Panchenko M.Yu., Maier G.G., Rubtsov V.E., Kolubaev E.A. Structure Formation in Vanadium-Alloyed Chromium-Manganese Steel with a High Concentration of Interstitial Atoms C + N = 1.9 wt % during Electron-Beam Additive Manufacturing. Phys-ical Mesomechanic. 2022:25(1):1–11. EDN: FXWPYU.

5. https://doi.org/10.1134/S1029959922010015

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

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

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

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

10. Qie M., Wei J., He C. Microstructure evolu-tion and mechanical properties of wire-arc ad-ditive manufactured Al–Zn–Mg–Cu alloy as-sisted by interlayer friction stir processing. Journal of Materials Research and Technology. 2023;24:2891–2906. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.03.205

11. 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.

12. 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.

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

14. Bhattacharjee R. Biswas P. Review on ther-mo-mechanical and material flow analysis of dissimilar friction stir welding. Welding Inter-national. 2021;35(7-9):295–332.

15. http://doi.org/10.1080/09507116.2021.1992256

16. Isa M.S.M., Moghadasi K., Ariffin M.A., Raja S., Muhamad M.R.B., Yusof F., Jamaludin M.F., Yusoff N.B., Ab Karim M.S.B. Recent re-search progress in friction stir welding of alu-minium and copper dissimilar joint: A review. Journal of Materials Research and Technology. 2021;15:2735–2780.

17. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.09.037

18. Sharma S., Handa A., Singh S.S., Verma D. Influence of tool rotation speeds on mechani-cal and morphological properties of friction stir processed nano hybrid composite of MWCNT-Graphene-AZ31 magnesium. Jour-nal of Magnesium and Alloys. 2019;7(3):487–500. https://doi.org/10.1016/j.jma.2019.07.001

19. Zykova A.P., Tarasov S.Y., Chumaevskiy A.V., Kolubaev E.A. A review of friction stir pro-cessing of structural metallic materials: Pro-cess, properties, and methods. Metals. 2020;10(6):772. https://doi.org/10.3390/met10060772

20. Klimenov V., Kolubaev E., Klopotov A., Chumaevskii A., Ustinov A., Strelkova I., Rubtsov V., Gurianov D., Han Z., Nikonov S. et al. Influence of the Coarse Grain Structure of a Titanium Alloy Ti-4Al-3V Formed by Wire-Feed Electron Beam Additive Manufac-turing on Strain Inhomogeneities and Frac-ture. Materials. 2023;16(11):3901.

21. https://doi.org/10.3390/ma16113901

22. Du S., Liu H., Jiang V., 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. http://doi.org/10.1016/j.wear.2021.204180

23. Mashinini P.M., Dinaharan I., David Raja Selvam J., Hattingh D.G. Microstructure evo-lution and mechanical characterization of fric-tion stir welded titanium alloy Ti – 6Al – 4V using lanthanated tungsten tool. Materials Characterization. 2018;139:328–336.

24. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2018.03.020

25. 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 nick-el alloy tool used for multi-pass processing of Ti6Al4V/(Cu + Al) system. Wear. 2022;488–489:204138. EDN: SPJDGX;

26. https://doi.org/10.1016/j.wear.2021.204138

27. 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 Pro-cessing Technology. 2018;262:605–614.

28. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2018.07.034

29. Fall A., Fesharaki M.H., Khodabandeh A.R., Jahazi M. Tool Wear Characteristics and Ef-fect on Microstructure in Ti ‒ 6Al ‒ 4V Fric-tion Stir Welded Joints. Metals. 2016;6:275.

30. 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;302:1327–1333.

31. 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. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2014.04.002

32. Zhang Y., Sato Y.S., Kokawa, H., Park S.H.C., Hirano S., Du S. Stir zone microstruc-ture of commercial purity titanium friction stir welded using pcBN tool. Materials Science and Engineering A. 2008;488:25–30.

33. https://doi.org/10.1179/136217110X12785889549624