Struktura i wybrane właściwości kompozytów warstwowych: stop tytanu Ti6Al2Cr2Mo - fazy międzymetaliczne z układu Ti-Al

• Autorzy: Wierzchoń T. , Ossowski M.

Warianty tytułu

EN

Structure and selected properties of laminate composite: Ti6Al2Cr2Mo titanium alloy - Ti-Al intermetallic phases

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Szybki rozwój techniki stwarza konieczność zwiększania wymagań stawianych materiałom w zakresie właściwości mechanicznych, oddziaływania korozyjno-erozyjnego czy też odporności na wysokie temperatury itp. Spełnienie tych warunków jest możliwe poprzez wykorzystanie metod inżynierii powierzchni, które umożliwiają kształtowanie struktury, składu fazowego i chemicznego warstw wierzchnich obrabianych materiałów, a wiec ich właściwości. Poprzez połączenie procesów utleniania jarzeniowego, osadzania powłok aluminium (stopów Al) metodą rozpylania magnetronowego oraz procesu zgrzewania dyfuzyjnego wytwarzane są materiały gradientowe. Jest to kompozyt warstwowy w układzie: stop tytanu Ti6Al2Cr2Mo/fazy międzymetaliczne Ti-Al/stop tytanu Ti6Al2Cr2Mo (również wielokrotność tego układu) z wytworzoną dyfuzyjną warstwą typu Al2O3+TiAl3+TiAl+Ti3Al. Są to nowe materiały kompozytowe, które charakteryzują się niższą gęstością niż stopy tytanu i dobrą odpornością na zużycie przez tarcie (rys. 5) i korozję (rys. 6). Kompozyty te wytworzone są w temperaturach do 700°C. Poszczególne strefy wytworzonych kompozytów warstwowych mają charakter dyfuzyjny, a ich mikrostruktura, grubość i skład fazowy mogą być kształtowane parametrami technologicznymi zastosowanych procesów, parametry procesu utleniania jarzeniowego decydują o tworzeniu nanokrystalicznej lub drobnokrystalicznej struktury poszczególnych faz (rys. 4). Wytworzenie w strefie zewnętrznej warstwy kompozytowej aluminidku TiAl3 jest korzystne. Charakteryzuje się on dużą wartością modułu Younga i najlepszą z aluminidków tytanu odpornością na utlenianie wysokotemperaturowe. Strefa wierzchnia warstwy kompozytowej stanowi wiec podwójne zabezpieczenie przed procesem utleniania wysokotemperaturowego (podwarstwy Al2O3 i TiAl3). Ponadto występuje zmniejszający się od powierzchni w poszczególnych strefach warstwy moduł sprężystości - od ok. 310 GPa dla Al2O3 poprzez ok. 210 GPa dla TiAl3, 180 - TiAl, 145 - Ti3Al do ok. 120 GPa dla stopu tytanu.

EN

The rapid progress in engineering enhances the demands for materials with improved mechanical properties, in particular the resistance to frictional wear, to corrosion, erosion etc. These demands can be satisfied by e.g. applying various surface engineering techniques which permit modifying the microstructure as well as the phase and chemical composition of the surface layers of the treated parts. The processes of glow discharge assisted oxidizing combined with magnetron sputtering of aluminum (aluminum alloys) coatings and diffusion welding yielded gradient-type materials that were laminate composites with the following arrangement of the layers: Ti6Al2Cr2Mo titanium alloy/Ti-Al intermetallic phases/Ti6Al2Cr2Mo titanium alloy (or a multiple of this system) with a diffusion layer of the Al2O3+TiAl3+TiAl+Ti3Al type formed on the surface. These composites are new materials, with the density lower than that of titanium alloys and a good resistance to frictional wear (Fig. 5) and corrosion (Fig. 6). The temperature of the fabrication of these composites does not exceed 700°C. The individual zones of the composites have a diffusion character, and their microstructure, thickness and phase composition can be modified by modifying the process parameters, in particular the parameters of the glow discharge assisted oxidizing since these decide about the nano-crystalline or fine-crystalline structure of the individual phases of the surface layer (Fig. 4). The formation of the TiAl) aluminide in the outer zone of the composite layer, between the Al2O3 and TiAl zones, is advantageous, since the TiAl3 phase has a higher Young modulus and a better resistance to high-temperature oxidation than the other titanium aluminides. The near-surface zone of the composite layer provides therefore double protection against high-temperature oxidation (the Al2O3 and TiAl3 zones). Moreover, the fact that the Young modulus of the individual zones, which decreases with increasing distance from the surface from about 310 GPa in Al2O3, through about 210 GPa in TiAl3, 180 GPa in TiAl and 130 GPa in Ti3Al, to about 120 GPa in the Ti6Al2Cr2Mo titanium alloy substrate.

Słowa kluczowe

PL

kompozyty warstwowe; stop tytanu Ti-6Al-2Cr-2Mo; fazy międzymetaliczne Ti-Al; rozpylanie magnetronowe; utlenianie jarzeniowe; warstwa powierzchniowa; struktura; odporność korozyjna; odporność na zużycie; tarcie

EN

laminate composite; titanium alloy Ti6Al2Cr2Mo; Ti-Al intermetallic phases; magnetron sputtering; glow discharge oxidizing; surface layer; structure; corrosion resistance; wear resistance

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 6, nr 3
• Strony: 50--53
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Wierzchoń T.

autor

Ossowski M.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa,

Bibliografia

• [1] Powers W.F., Automotive materials in the 21st Century, Adv. Mater. Proc. 2000, 157, 5, 38.
• [2] Lutering G., Williams J.G., Titanium, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 2003.
• [3] Schaurte O., Titanium in automotive production, Adv. Eng. Mater. 2003, 5, 6, 411.
• [4] Palley I., Advances in automotive materials, Adv. Mater. Proc. 2002, 160, 7, 21.
• [5] Rolinski E., Sharp G., Cowgill D.F., Peterman D.J., Ion nitriding of titanium alpha plus beta alloys for fusion reactor application, J. Nucl. Mater. 1998, 252, 200.
• [6] Meletis E.I., Intensified plasma-assisted processing: science and engineering, Surf. Coat. Techn. 2002, 149, 95.
• [7] Major B., Gołębiewski M., Wierzchoń T., Multiplex heat treatment with glow discharge nitriding of α+β titanium alloys, J. Mater. Sci. Lett. 2002, 21,1289.
• [8] Sobiecki J.R., Wierzchoń T., Glow discharge assisted oxynitriding of the binary Ti6A12Cr2Mo titanium alloy, Vacuum 2005, 79, 203.
• [9] Wierzchoń T., Garbacz H., Ossowski M., Structure and properties of Ti-Al intermetallic layers produced on titanium alloys by a duplex treatment, Mat. Sci. Forum 2005, 3887, 475-479.
• [10] Stauhoff G., Intermetallics, VCH, Verlagsgesellschaft mGH, Weinheim 1995.
• [11] Clemens H., Kestler H., Processing and applications of inter-metallic γ-TiAl based alloys, Adv. Eng. Mater. 2002, 2, 551.
• [12] Wierzchoń T., Structure and properties of multicomponent and composite layers produced by combined surface engineering methods, Surf. Coat. Techn. 2004, 180-181, 458.
• [13] Iżycki B., Maliszewski J., Piwowar S., Wierzchoń T., Zgrzewanie dyfuzyjne, WNT, Warszawa 1974.
• [14] Jiangwei R., Yajiang Li, Tao F., Microstructure characteristics in the interface zone of Ti/Al diffusion bonding, Mater. Lett. 2002, 5, 56, 647.
• [15] Wierzchoń T., Ossowski M., Sikorska E., Garbacz H., Kształtowanie metodą dwustopniową właściwości stopów tytanu, Inż. Mater. 2003, 6, 417.
• [16] Rohatgi A., Harach D.J., Vecchio K.S., Harvey K.P., Resistance -curve and fracture behavior of Ti-Al3Ti metallic-intermetallic laminate (MIL) composites, Acta Mater. 2003, 51, 2933.
• [17] Wierzchoń T., Ossowski M., Moskalewicz T., Czyrska-Filemonowicz A., Structure and properties of composite layers produced on titanium alloys, 2nd International Conference Heat Treatment and Surface Engineering in Automotive Applications, Riva del Garda (materiały konferencyjne CD).
• [18] Polska norma PN-83/H-D4302.
• [19] Ossowski M., Żurek Z., Gil Z., Stawiarski A., Wierzchoń T., Odporność korozyjna kompozytowych warstw ochronnych wytworzonych na stopie TI6Al2Cr2Mo metodą multipleksową Ochrona przed Korozją, 2004, 11s/A, 146.