Hàn ma sát hợp kim titan Ti-6Al-4V thông thường với vật liệu nền hợp kim kim loại Ti-6Al-4V được tăng cường bởi TiC

Welding in the World - Tập 65 - Trang 415-428 - 2020
Sergey V. Prikhodko1, Dmytro G. Savvakin2, Pavlo E. Markovsky2, Olexander O. Stasuk2, James Penney1, Norbert Enzinger3, Michael Gaskill4, Frank Deley4
1Department of Materials Science and Engineering, University of California, Los Angeles, Los Angeles, USA
2G.V. Kurdyumov Institute for Metal Physics, National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, Ukraine
3Institute of Materials Science, Joining and Forming, Graz University of Technology, Graz, Austria
4Taylor-Winfield Technologies, Inc., Youngstown, USA

Tóm tắt

Hợp kim titan là vật liệu cấu trúc tối ưu chủ yếu nhờ vào độ bền cao theo trọng lượng. Tuy nhiên, việc sử dụng rộng rãi của chúng bị hạn chế phần lớn bởi chi phí cao của titan thô so với các kim loại khác thường được sử dụng trong hợp kim cấu trúc. Cấu trúc lớp của các hợp kim titan cho phép gia tăng đáng kể tỷ lệ sử dụng vật liệu và do đó thu hút được sự chú ý đáng kể. Các phương pháp hợp lý để chế tạo các bộ phận lớp là liên kết hoặc kết nối các lớp đã được tối ưu hóa riêng lẻ thành một cấu trúc phức tạp cuối cùng. Việc sử dụng hàn ma sát để kết nối các bộ phận là một trong những cách hấp dẫn nhất nhằm đạt được kết quả mong muốn, vì đây là một quá trình trạng thái rắn và gần hình dạng cuối cùng mà chỉ làm thay đổi cấu trúc của các bộ phận kết nối một cách cục bộ. Mục tiêu của nghiên cứu là xác nhận khả năng thực hiện các cấu trúc lớp của hợp kim Ti-6Al-4V (Ti-64) và vật liệu nền hợp kim kim loại (MMC) với 10% TiC được chế tạo bằng hàn ma sát xoay (RFW) và hàn ma sát tuyến tính (LFW). Cả hai cấu trúc ban đầu, Ti-64 và MMC, đều được chế tạo bằng phương pháp kim loại bột nguyên tố tổng hợp với chi phí thấp. RFW và LFW đã được sử dụng thành công để liên kết các phần của hợp kim và composite của nó. Các hạt TiC ổn định cấu trúc và không bị phân mảnh do hàn ma sát dưới các tham số gia công đã sử dụng.

Từ khóa

#hàn ma sát #hợp kim titan #vật liệu nền hợp kim kim loại #Ti-6Al-4V #TiC #chế tạo bột kim loại

Tài liệu tham khảo

Luetjering G, Williams JC (2007) Titanium, 2nd edn. Springer, Berlin Leyens C, Peters M (2003) Titanium and titanium alloys: fundamentals and applications. Wiley-VCH 333-449 Markovsky PE, Savvakin DG, Ivasishin OM, Bondarchuk VI, Prikhodko SV (2019) Mechanical behaviour of titanium-based layered structures fabricated using blended elemental powder metallurgy. J Mater Eng Perform 28(9):5772–5792 Ivasishin OM, Markovsky PE, Savvakin DG, Stasiuk OO, Norouzi Rad M, Prikhodko SV (2019) Multi-layered structures of Ti-6Al-4V alloy and TiC and TiB composites on its base fabricated using blended elemental powder metallurgy. J Mater Process Technol 269:172–181 Prikhodko SV, Markovsky PE, Savvakin DG, Stasiuk OO, Ivasishin OM (2018) Thermo-mechanical treatment of titanium based layered structures fabricated by blended elemental powder metallurgy. Mater Sci Forum 941:1384–1390 Chen YC, Nakata K (2009) Microstructural characterization and mechanical properties in friction stir welding of aluminium and titanium dissimilar alloys. Mater Des 30:469–474 Russell MJ, Blignault C, Horrex NL, Wiesner CS (2008) Recent developments in the friction stir welding of titanium alloys. Weld World 52(9/10):12–15 Lauro A (2012) Friction stir welding of titanium alloys. Weld Int 26(1):8–21 Brassington WDP, Colegrove PA (2017) Alternative friction stir welding technology for titanium–6Al–4V propellant tanks within the space industry. Sci Technol Weld Join 22(4):300–318 Ji S, Li Z, Wang Y, Ma L (2017) Joint formation and mechanical properties of back heating assisted friction stir welded Ti–6Al–4V alloy. Mater Des 113:37–46 Jiang X, Wynne BP, Martin J (2018) Variant selection in stationary shoulder friction stir welded Ti-6Al-4V alloy. J Mater Sci Technol 34:198–208 Zhang CQ, Robson JD, Prangnell PB (2016) Dissimilar ultrasonic spot welding of aerospace aluminum alloy AA2139 to titanium alloy TiAl6V4. J Mater Process Technol 231:382–388 Xu C, Sheng G, Wang H, Feng K, Yuan X (2016) Tungsten inert gas welding-brazing of AZ31B magnesium alloy to TC4 titanium alloy. J Mater Process Technol 32:167–171 Wang T, Zhang B, Chen G, Feng J (2013) High strength electron beam welded titanium–stainless steel joint with V/Cu based composite filler metals. Vacuum 94:41–47 Gao M, Mei S, Wang Z, Li X, Zeng X (2012) Characterization of laser welded dissimilar Ti/steel joint using Mg interlayer. Sci Technol Weld Join 17(4):269–276 Chen SH, Zhang MX, Huang JH, Cui CJ, Zhang H, Zhao XK (2014) Microstructures and mechanical property of laser butt welding of titanium alloy to stainless steel. Mater Des 53:504–511 Akbari Mousavi SAA, Farhadi Sartangi P (2009) Experimental investigation of explosive welding of cp-titanium/AISI 304 stainless steel. Mater Des 30(3):459–468 Sudha C, Prasanthi TN, Murugesan S, Saroja S, Kuppusami P, Vijayalakshmi M (2011) Study of interface and base metal microstructures in explosive clad joint of Ti5Ta18Nb and 304L stainless steel. Sci Technol Weld Join 16(2):133–139 Nu HTM, Le TT, Minh LP, Loc NH A study on rotary friction welding of titanium alloy (Ti6Al4V). Adv Mater Sci Eng 2019:Article ID 4728213. https://doi.org/10.1155/2019/4728213 Li P, Li J, Salman M, Liang L, Xiong J, Zhang F (2014) Effect of friction time on mechanical and metallurgical properties of continuous drive friction welded Ti6Al4V/SUS321 joints. Mater Des 56:649–656 McAndrew AR, Colegrove PA, Addison AC, Flipo BCD, Russell MJ, Lee LA (2015) Modelling of the workpiece geometry effects on Ti–6Al–4V linear friction welds. Mater Des 87:1087–1099 Flipo B, Beamish K, Humphreys B, Wood M, Shilton A (2016) Linear friction welding of Ti 6Al 4V for aerostructure applications, Trends in Welding Research Proceedings, Proceedings of 10th International Conference, Tokyo, Japan, 11 - 14 Ji Y, Wu S, Zhao D (2016) Microstructure and mechanical properties of friction welding joints with dissimilar titanium alloys. Metals 6:108 Frankel P, Preuss M, Steuwer A, Withers PJ, Bray S (2009) Comparison of residual stresses in Ti-6Al-4V and Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo linear friction welds. Mater Sci Technol 25:640–650 Ma TJ, Zhong B, Li W-Y, Zhang Y, Yang SQ, Yang CL (2012) On microstructure and mechanical properties of linear friction welded dissimilar Ti-6Al-4V and Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si joint. Sci Technol Weld Join 17:9–12 Zhao P, Fu L (2015) Strain hardening behavior of linear friction welded joints between TC11 and TC17 dissimilar titanium alloys. Mater Sci Eng A 621:149–156 Welding and Joining of aerospace materials (2012) Edited by Chaturvedi MC. Woodhead publishing Ward-Close CM (1994) C. Loader PVD processing of fibre reinforced composites. In: Froes FH, Storer J (eds) Recent advances in titanium metal matrix composite. Rosemont: The Minerals, Metals and Materials Society, pp 19–32 da Silva AAM, dos Santos JF, Strohaecker TR (2005) Microstructural and mechanical characterisation of a Ti6Al4V/TiC/10p composite processed by the BE-CHIP method. Compos Sci Technol 65:1749–1755 da Silva AAM, Meyer A, dos Santos JF, Kwietniewski CEF, Strohaecker TR (2004) Mechanical and metallurgical properties of friction-welded TiC particulate reinforced Ti–6Al–4V. Compos Sci Technol 64:1495–1501 Aviation materials (Handbook, in Russian) volume 5 VIAM, Moscow 1974 Pederson R (2002) Microstructure and phase transformation of Ti–6Al–4V. Licentiate Thesis, Lulea University of Technology V.I. Vill Friction welding of metals. American Welding Society; trade distributor: Reinhold Pub. Co. 1962 McAndrew AR, Colegrove PA, Bühr C, Flipo BCD, Vairis A (2018) A literature review of Ti-6Al-4V linear friction welding. Prog Mater Sci 92:225–257 Schroeder F, Ward RM, Turner RP, Attallah MM, Gebelin J-C, Reed RC, Walpole AR Trends in welding research, Proceedings of the 9th International Conference, June 4–8, 2012, Chicago Hascalik A, Orhan N (2007) Effect of particle size on the friction welding of Al2O3 reinforced 6160 Al alloy composite and SAE 1020 steel. Mater Des 28:313–317 Prikhodko SV, Kakoulli I (2020) Electron microscopy in conservation. In The Encyclopedia of Archaeological Sciences, S.L. López Varela (Ed.). https://doi.org/10.1002/9781119188230.saseas0210 Markovsky PE Unpublished result Kumar P, Ravi Chandran KS, Cao F, Koopman M, Zak Fang Z (2016) The nature of tensile ductility as controlled by extreme-sized pores in powder metallurgy Ti-6Al-4V alloy. Metall Mater Trans A 47A:2150–2161 Biswas N, Ding JL (2015) Numerical study of the deformation and fracture behavior of porous Ti6Al4V alloy under static and dynamic loading. Int J Impact Eng 82:89–102 Sanders DG, Ramulu M, Edwards PD (2008) Superplastic forming of friction stir welds in Titanium alloy 6Al-4V: preliminary results. Werkstofftech 39(4-5):353–357 Bache MR, Tuppen SJ, Voice WE, Lee HG, Aspinwall DK (2009) Novel low cost procedure for fabrication of diffusion bonds in Ti 6/4. Mater Sci Technol 25(1):39–49 Prikhodko SV, Savvakin DG, Markovsky PE, Stasuk OO, Penney J, Shirzadi AA, Davies PD, Davies HM (2020) Diffusion bonding of TiC or TiB reinforced Ti–6Al–4V matrix composites to conventional Ti–6Al–4V alloy. Sci Technol Weld Join. https://doi.org/10.1080/13621718.2020.1751403 da Silva AAM, dos Santos JF, Strohaecker TR (2006) An investigation of the fracture behaviour of diffusion-bonded Ti6Al4V/TiC/10p. Compos Sci Technol 66(13):2063–2068 Gangwar K, Ramulu M (2018) Friction stir welding of titanium alloys: a review. Mater Des 141:230–255 Edwards P, Ramulu M (2015) Fatigue performance of friction stir welded Ti–6Al–4V subjected to various post weld heat treatment temperatures. Int J Fatigue 75:19–27