THE USE OF ELECTRO-EXPLOSIVE ALLOYING AND ELECTRON BEAM TREATMENT TO HARDEN THE SURFACE OF TITANIUM

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Modification of the surface layers of products made of metallic materials is accompanied by a change in performance characteristics: hardness, wear resistance, and heat resistance increase. Currently, laser processing, electron beam and plasma alloying, including electro-explosive alloying, are used to modify the surface. The application of modern methods of surface hardening using concentrated energy flows (such as electro-explosive alloying and electron beam treatment) is especially relevant for local effects on titanium and titanium alloy products. The aim of the work was to identify the formation of structural and phase states during electro-explosive alloying and electron beam surface treatment of technically pure titanium grade VT1-0 from the point of view of increasing functional properties for practical use. The developed method for hardening the titanium surface includes electro-explosive carburization and subsequent electron beam treatment of the alloying zone. The features of each method determine the choice of processing modes. The thermal processes during these treatments have been studied, taking into account the specifics of each method, which makes it possible to reasonably choose the treatment modes. The effect of electron beam processing modes on the microhardness of the surface layers, the formation of maxima in the depth of the alloying zone, and a multiple increase in the microhardness of the surface layers has been established. The features of the structural and phase states and the mechanisms of hardening of the surface layers of technically pure titanium during electroexplosion carburization and subsequent electron beam treatment are revealed. A gradient multiphase structure is formed in the treatment area, the thickness of the layers of which correlates with the depth distribution of microhardness. Based on the experimental data obtained, it is concluded that the combined surface treatment of technically pure titanium grade VT1-0, combining electro-explosive carburization and subsequent electron beam treatment of the alloying zone, provides an increase in microhardness and depth of the hardening zone.

About the authors

Lyudmila P. Bashchenko

Siberian State Industrial University

Author for correspondence.
Email: luda.baschenko@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1878-909X
Russian Federation

References

  1. Перевертов В.П., Андрончев И.К., Абулкасимов М.М. Технологии обработки материалов концентрированным потоком энергии. Надежность и качество сложных систем. 2015;3(11):69–79.
  2. Перевертов В.П., Андрончев И.К., Абулкасимов М.М. Инновационные технологии обработки материалов концентрированным потоком энергии в ГПС. В кн.: Труды Международного симпозиума «Надежность и качество». 2015;1:29–35.
  3. Петров П.Ю. Исследования поверхностной обработки изделий (материалов) машиностроения электронным лучом. Мировая наука. 2020;3(36):602–618.
  4. Fedun V.I., Kolyada Yu.E. Dynamics of phase transformations by electron beem surface modification of metals and alloys. Problems of Atomic Science and Technology. 2010;4:316–320.
  5. Astashynski V.M., Ananin S.I., Askerko V.V., Kostyukevich E.A., Kuzmitski A.M., Uglov V.V., Anishchik V.M., Astashynski V.V., Kvasov N.T., Danilyuk A.L. Materials surface modification using quasi-stationary plasma accelerators. Show more Surface and Coatings Technology. 2004;180-181:392–395. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2003.10.098
  6. Grishin Yu.M., Kamrukov A.S., Kozlov N.P., Panasenko K.N., Chepegin D.V., Shashkovskiy S.G. Radiation-plasmodynamic method of surface hardening of steels and alloys. In: Plasma technique and plasma technologies: collection of scientific papers. Moscow: Publ. of NITs «Inzhener», 2003:193.
  7. Cherenda N.N., Uglov V.V., Anishchik V.M., Stalmashonak A.K., Astashynski V.M., Kuzmickii A.M., Punko A.V., Thorwarth G.B., Stritzker B. Modification of high-speed steels by nitrogen compression plasma flow: structure, element composition, tribological properties. Surface and Coatings Technology. 2006;200(18-19):5334–5342. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.06.007
  8. Pogrebnyak A.D., Tyurin Yu.N. Modification of material properties and coating deposition using plasma jets. Physics Uspekhi. 2005;48(5):487–514. https://doi.org/10.1070/PU2005v048n05ABEH002055
  9. Korotaev A.D., Tyumentsev A.N., Pinzhin Yu.P., Remnev G.E. Features of the morphology, defect substructure ,and phase composition of metal and alloy surfaces upon high-power ion irradiation. Surface and Coatings Technology. 2004;185(1):38–49.
  10. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2003.11.021
  11. Vedernikova I.I., Poletaev V.A. Application of laser modification for strengthening the working surfaces of machine details. JARITS. 2019;15:18–25.
  12. https://doi.org/10.26160/2474-5901-2019-15-18-25
  13. Nikolchuk I.S., Chumakov A.N., Kuznechik O.O., Minko D.V. Pulsed plasma surface treatment of constructional steel in the air. In: 7 International Conference «Plasma Physics and Plasma Technology»: сontributed papers. Minsk, 2012:438–441.
  14. Aleksandrov V.V., Belan N.V., Kozlov N.P., Mashtylev N.A., Popov G.A., Protasov Yu.S., Khvesyuk V.I. Pulsed Plasma Accelerators. Khar’kov: Kharkiv Aviation Institute. 1983;247.
  15. Астапчик С.А., Голубев В.С., Маслаков А.Г. Лазерные технологии в машиностроении и металлообработке. Минск: Белорусская наука, 2008:251.
  16. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обра-ботки. Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006:664.
  17. Грибков В.А., Григорьев Ф.И. Калин Б.А., Якушин В.Л. Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки металлов. Москва: Круглый год, 2001:528.
  18. Багаутдинов А.Я., Будовских Е.А., Иванов Ю.Ф., Громов В.Е. Физические основы электро-взрывного легирования металлов и сплавов. Новокузнецк: СибГИУ, 2007:301.
  19. Будовских Е.А. Закономерности формирования поверхностных слоев металлов и сплавов при электровзрывном легировании: автореф. дисс. докт. техн. наук. Новокузнецк, 2008:37.
  20. Багаутдинов А.Я., Будовских Е.А., Иванов Ю.Ф., Громов В.Е. Физические основы электро-взрывного легирования металлов и сплавов. Новокузнецк: СибГИУ. 2007:304.
  21. Коваль Н.Н., Иванов Ю.Ф. Наноструктурирование поверхности металлокерамическихи и керамических материалов при импульсной электронно-пучковой обработке. Известия вузов. Физика. 2008;51(5):60‒70.
  22. Lei M.K., Dong Z.H., Zhang Z., Hu Y.F., Zhu X.P. Wear and corrosion resistance of Ti6Al4V alloy irradiated by high-intensity pulsed ion beam. Surf Coat Technol. 2007;201(9):5613–5616. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.07.013
  23. Shymanski V.I., Cherenda N.N., Uglov V.V., Astashynskic V.M., Kuzmitski A.M. Thermal stability of the structure and phase composition of titanium treated with compression plasma flows. Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2018;12:710–716. https://doi.org/10.1134/S102745101804016X
  24. Бащенко Л.П. Упрочнение поверхности титана при электровзрывном науглероживании и карбоборировании и последующей электронно-пучковой обработке: автореф. дисс. канд. техн. наук. Новокузнецк, 2013:17.
  25. Асташинский В.М., Углов В.В., Черенда Н.Н., Шиманский В.И. Модификация ти-тана при воздействии компрессионными плазменными потоками. Минск: Белорус-ская наука, 2016:179.
  26. Gao Y.-K. Influence of pulsed electron beam treatment on microstructure and properties of TA15 titanium alloy. Applied Surface Science. 2013;264:633–635. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.10.083
  27. Бащенко Л.П., Ефименко И.Т., Будовских Е.А., Иванов Ю.Ф., Иванов К.В., Ионина А.В., Гро-мов В.Е. Особенности модифицирования поверхностных слоев титана при электровзрывном науглероживании. Физика и химия обработки материалов. 2012;2:65–69.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Журнал «Вестник Сибирского государственного индустриального университета»

Свидетельство о регистрации: ПИ № ФС77-77872 от 03.03.2020 г.

Журнал имеет международный стандартный номер сериального издания ISSN 2304-4497 (Print) и подписной индекс в каталоге «Урал-Пресс» – 41270

Учредитель:

ФГБОУ ВО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Адрес редакции:

654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, г. Новокузнецк, Центральный район, ул. Кирова, зд. 42, Сибирский государственный индустриальный университет, каб. 483гт, тел. 8-950-270-44-88

Ответственный за выпуски: Запольская Е.М. 

Издатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный индустриальный университет», г. Новокузнецк, Россия

Исключительные авторские права на статьи принадлежат авторам ©

Обработка персональных данных

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).