The effect of the remelting and laser surface alloying of titanium grade 5 (Ti6-Al-4V) on erosive wear resistance

• Autorzy: Poloczek Tomasz , Kwaśny Waldemar , Czupryński Artur

Identyfikatory

DOI

10.17729/ebis.2022.2/3

Warianty tytułu

PL

Wpływ przetapiania oraz stopowania laserowego powierzchni tytanu Grade 5 (Ti6-Al-4V) na odporność na zużycie erozyjne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the effect of the remelting and alloying of titanium grade 5 (Ti6-Al-4V) on erosive wear resistance (in accordance with the ASTM G76-04 standard). The study involved tests concerning the effect of graphite on the in-situ synthesis of titanium carbide during alloying performed using a Trudisk 3302 disk laser. The study also involved hardness measurements of individual beads as well as macro and microscopic tests. The tests involving the use of a Phenom World PRO scanning electron microscope provided with an EDS analyser as well as the X-ray phase analysis revealed the possible synthesis of titanium carbide during the laser alloying of the titanium surface with graphite. The erosive wear resistance of beads reinforced with composite particles was higher than that of the material in the as-received state, yet lower than that of the material remelted without the use of the alloying material.

PL

W artykule przedstawiono wpływ przetapiania oraz stopowania tytanu Grade 5 (Ti6-Al-4V) na odporność erozyjną, zgodnie z normą ASTM G76-04. Przebadano wpływ grafitu na możliwość syntezy in situ węglika tytanu w procesie stopowania laserowego, wykorzystując laser dyskowy Trudisk 3302. Wykonano pomiary twardości poszczególnych ściegów oraz badania metalograficzne makro- i mikroskopowe. Przeprowadzone badania na skaningowym mikroskopie elektronowym PhenomWorld PRO, wyposażonym w analizator EDS, oraz rentgenowska analiza fazowa wykazały możliwość syntezy węglika tytanu w procesach stopowania laserowego powierzchni tytanu grafitem. Odporność na zużycie erozyjne ściegów wzmocnionych cząstkami kompozytowymi wykazała polepszenie własności względem materiału w stanie dostawy, natomiast osiąga niższe wartości względem materiału przetopionego bez udziału materiału stopującego.

Słowa kluczowe

EN

remelting; laser surface alloying; titanium grade 5; Ti6Al4V

PL

przetapianie; laserowe stopowanie powierzchni; Ti6Al4V; tytan Grade 5

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 66, No. 2
• Strony: 23--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Poloczek Tomasz

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Welding

autor

Kwaśny Waldemar

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Welding

autor

Czupryński Artur

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Welding

Bibliografia

• [1] Manhabosco T., Tamborim S., Santos C., Müller I.: Tribological, electrochemical and tribo-electrochemical characterization of bare and nitrided Ti6Al4V in simulated body fluid solution. Corrosion Science, 2011, no. 53, pp. 1786–1793.
• [2] Li J., Sun M., Ma X., Tang G.: Structure and tribological performance of modified layer on Ti6Al4V alloy by plasma-based ion implantation with oxygen. Wear, 2006, vol. 261, no. 11–12, pp. 1247–1252.
• [3] Martini C., Ceschini L.: A comparative study of the tribological behaviour of PVD coatings on the Ti–6Al–4V alloy. Tribology International, 2011, vol. 44, no. 3, pp. 297–308.
• [4] Yetim A., Celik A., Alsaran A.: Improving tribological properties of Ti6Al4V alloy with duplex surface treatment. Surface Coating Technology, 2010, vol. 205, no. 2, pp. 320–324.
• [5] Yetim A., Yildiz F., Vangolu Y., Alsaran A., Celik A.: Several plasma diffusion processes for improving wear properties of Ti6Al4V alloy. Wear, 2009, vol. 267, no. 12, pp. 2179–2185.
• [6] Fidan S., Avcu E., Karakulak E., Yamanoglu R., Zeren M., Sinmazcelik T.: Effect of heat treatment on erosive wear behaviour of Ti6Al4V alloy. Materials Science and Technology, 2013, vol. 29, no. 9, pp. 1088–1094.
• [7] Lisiecki A., Klimpel A.: Diode laser surface modification of Ti6Al4V alloy to improve erosion wear resistance. Archives of Materials Science and Engineering, 2008, vol. 32, no. 1, pp. 5–12.
• [8] Grögler T., Zeiler E., Franz A., Plewa O., Rosiwal S., Singer R.: Erosion resistance of CVD diamond-coated titanium alloy for aerospace applications. Surface & Coatings Technology, 1999, no. 112, pp. 129–132.
• [9] Zhou J.R., Bahadur S.: Erosion-corrosion of Ti-6Al-4V in elevated temperature air environment. Wear, 1995, vol. 186–187, no. 1, pp. 332–339.
• [10] Pang W., Man H., Yue T.: Laser surface coating of Mo–WC metal matrix composite on Ti6Al4V alloy. Materials Science and Engineering: A, 2005, vol. 390, no. 1–2, pp. 144–153.
• [11] Tian Y.S., Chen C.Z., Chen L.X., Huo Q.H.: Microstructures and wear properties of composite coatings produced by laser alloying of Ti-6Al-4V with graphite and silicon mixed powders. Materials Letters, 2006, vol. 60, no. 1, pp. 109–113.
• [12] Selamat M.S., Watson L.M., Baker T.N.: XRD and XPS studies on surface MMC layer of SiC reinforced Ti-6Al-4V alloy. Journal of Materials Processing Technology, 2003, vol. 142, no. 3, pp. 725–737.
• [13] Sun R.L., Yang D.Z., Guo L.X., Dong S.L.: Microstructure and wear resistance of NiCrBSi laser clad layer on titanium alloy substrate. Surface and Coatings Technology, 2000, vol. 132, no. 2–3, pp. 251–255.
• [14] Sun R.L., Yang D.Z., Guo L.X., Dong S.L.: Laser cladding of Ti-6Al-4V alloy with TiC and TiC+NiCrBSi powders. Surface and Coatings Technology, 2001, vol. 135, no. 2–3, pp. 307–312.
• [15] Zhang S., Wu W.T., Wang M.C., Man H.C.: In-situ synthesis and wear performance of TiC particle reinforced composite coating on alloy Ti6A14V. Surface and Coatings Technology, 2001, vol. 138, no. 1, pp. 95–100.
• [16] Meng Q., Geng L., Ni D.: Laser cladding NiCoCrAlY coating on Ti-6Al-4V. Materials Letters, 2005, vol. 59, no. 22, pp. 2774–2777.
• [17] Sha C.K., Lin J.C., Tsai H.L.: The impact characteristics of Ti-6Al-4V plates hardfacing by laser alloying NiAl+ZrO2 powder. Journal of Materials Processing Technology, 2003, vol. 140, no. 1–3, pp. 197–202.
• [18] Dobrzański L.A., Tański T., Dobrzańska-Danikiewicz A., Król M., Malara S., Domagała-Dubiel J.: Struktura i własności stopów Mg-Al-Zn. International OCSCO World Press, Gliwice 2012.
• [19] Janicki D.: Effect of Chromium and Molybdenum Addition on the Microstructure of In Situ TiC-Reinforced Composite Surface Layers Fabricated on Ductile Cast Iron by Laser Alloying. Materials, 2020, vol. 13, no. 24.
• [20] Bandyopadhyay D., Sharma R.C., Chakraborti N.: The Ti-Co-C System (Titanium – Cobalt – Carbon). Journal of Phase Equilibria, 2020, vol. 21, no. 2, pp. 79–185.
• [21] PN-EN ISO 17639. Badania niszczące spawanych złączy metali -- Badania makroskopowe i mikroskopowe złączy spawanych.
• [22] Norma: PN-EN ISO 6507. Metale – Pomiar twardości sposobem Vickersa.
• [23] Vrancken B., Thijs L., Kruth J.P., Humbeeck J.V.: Microstructure and mechanical properties of a novel β titanium metallic composite by selective laser melting. Acta Materialia, 2014, vol. 68, no. 15, pp. 50–158.
• [24] ATI Speciality Materials – Test certificate no. 121626, 09.08.2017.
• [25] ASTM G76-04:2004. Standard test method for conducting erosion tests by solid particle impingement using gas jets.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).