Вдосконалення силіціювання титанового сплаву ВТ-6

1.

Вдосконалення силіціювання титанового сплаву ВТ-6
та його механічні характеристики
НТУ "ХПІ", каф. "Матеріалознавство", Харків.
Аспірант: Калініченко Ігор
Кандидат Технічних Наук: Князєв С.А.

2.

ПЕРЕДУМОВИ ДОСЛІДЖЕННЯ
Контекст та завдання зміцнення титанового сплаву ВТ-6
Особливості сплаву ВТ-6
• ВТ-6 (Ti-6Al-4V) — один із найпоширеніших
конструкційних титанових сплавів в авіації та
машинобудуванні.
Цілі та напрями випробувань
• Підвищення поверхневої твердості титанової
матриці.
• Висока питома міцність та корозійна стійкість.
• Оптимізація технологічного режиму для скорочення
тривалості обробки.
• Обмежена поверхнева твердість та зносостійкість
вимагають поверхневого зміцнення.
• Оцінка механічних параметрів (твердість, модуль
пружності, параметр пластичності H³/E²).
• Силіціювання дозволяє сформувати захисне силіцидне
покриття із підвищеними механічними
характеристиками.d
• Вимірювання мікромеханічних характеристик за
допомогою наноіндентування.

3.

ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО РЕЖИМУ
Скорочення тривалості силіціювання порівняно з першим експериментом
Ключове досягнення оптимізації режиму:
Зменшення часу оброблення в порівнянні з першим експериментом силіціювання забезпечило підвищену вихідну твердість
поверхневого шару без перевитрат енергоресурсів.
Оптимізований режим оброблення
Перший експеримент силіціювання
Базовий (тривалий) час оброблення
• Початковий технологічний випробувальний режим.
• Вищий рівень енерговитрат.
• Потреба в оптимізації часових параметрів для уникнення
надлишкового термічного впливу.
Скорочений час оброблення
• Зменшення тривалості процесу порівняно з початковим
випробуванням на 2 години
• Досягнуто зростання твердості поверхні у 1,5 раза (до 5,4
ГПа).
• Раціоналізація енерговитрат та збереження високої якості
силіцидного шару.

4.

Розшифровка дифрактограми проводилась у програмі Match!4*.
Результати розшифровки говорять про те, що силіцьований шар
складається з силіциду титану Ti5Si3, V6Si5.

5.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ОБЛАДНАННЯ
Методика вимірювання механічних параметрів
Випробування на приладі Наноскан-4D
Обладнання: Встановлення механічних параметрів сплаву ВТ-6 без покриття та з силіцьованим покриттям здійснено на
твердомірі Наноскан-4D.
Індентор: Використовувалася алмазна пірамідка Берковича.
Навантаження: Випробування проходили при контрольованому навантаженні 500 мН.
Контрольовані параметри: Вимірювалися твердість (Hi), модуль пружності (E) та розраховувався параметр пластичності
(H³/E²).

6.

РЕЗУЛЬТАТИ НАНОІНДЕНТУВАННЯ
Порівняльний аналіз механічних характеристик ВТ-6
Твердість (Hi)
Модуль пружності (E)
Параметр H³/E²
Без покриття (ВТ-6):
3,64 ГПа ± 0,33
Без покриття (ВТ-6):
105,75 ГПа ± 6,34
Без покриття (ВТ-6):
0,0043
Силіцьоване покриття:
5,4 ГПа ± 1,7
Силіцьоване покриття:
118,78 ГПа ± 20,46
Силіцьоване покриття:
0,0112
Зростання у 1,5 раза
Незначне зростання
Збільшення у ~2,6 раза

7.

В порівнянні з попередніми дослідами процес силіціювання був скорочений на 2 години, що не
відобразилось на товщині шару, який становив 5 мкм. Такий ефект було забезпечено використанням
високодисперсного порошку кремнію та набором активаторів.

8.

ПІДСУМОК ДОСЛІДЖЕННЯ
Висновки та технологічні рекомендації
Оптимізація часу: Скорочення тривалості обробки порівняно з першим
експериментом силіціювання дає змогу підвищити ефективність процесу та зменшити
енерговитрати.
Підвищення твердості: Зафіксовано зростання твердості поверхневого шару у 1,5
раза (з 3,64 ГПа до 5,4 ГПа).
Модуль пружності: Спостерігається незначне зростання модулю пружності E з 105,75
ГПа до 118,78 ГПа.
Пластичність поверхні: Значне зниження пластичності поверхневого шару
(збільшення параметра H³/E² з 0,0043 до 0,0112), що вказує на формування міцного
загартованого силіцидного шару. Але для порівняння показник H³/E² для TiN/Si3N4
становить 0,34. Тобто отримане покриття в порівнянні з іншими є достатньо
пластичним.