УДК 621.791.4:669.295

DOI 10.24411/1683-805X-2020-13010

Представлены результаты прикладных исследований по получению трехслойного металломатричного структурного композита в разных температурных условиях сварки давлением. В эксперименте показана возможность использования в качестве упрочняющего элемента структурного слоя титанового сплава Ti–6Al–4V с нанокристаллической структурой. Металлографические исследования показали, что при получения композита при температуре 900 °С в упрочняющем элементе наблюдается рост зерен до микрокристаллических размеров. С понижением температуры до температуры 700 °С изменение размера зерен в упрочняющем элементе не обнаружено, хотя размер зерен a-фазы незначительно подрос по сравнению с исходным. Описаны геометрические изменения микропор в зоне твердофазного соединения, динамика роста и пространственного расположения зерен. Результатами механических испытаний на растяжение подтверждено, что прочность композита, полученного при температуре 700 °С, может превосходить прочность композита, полученного при температуре 900 °С. Изучена схема разрушения композита в зоне твердофазного соединения при испытании на растяжение при комнатной температуре. Выделены три этапа разрушения и проанализированы характер и механизм разрушения композита. Результаты механических испытаний композитного материала показали, что его механическое поведение зависит от температуры сварки. Отмечено, что разрушение начинается под действием главных напряжений, развиваясь по нормали к ним. В частности, было отмечено, что при достижении менее прочного, но более пластичного слоя в композите наблюдается резкий рост пластических деформаций, что оказывает тормозящее действие на развитие трещины, которая при этом меняет траекторию распространения.

Ключевые слова: металломатричные композиты, микрокристаллический и нанокристаллический титановый сплав, твердофазное соединение, низкотемпературная сверхпластичность, прочность, пластичность, механические свойства

 

Study of the mechanical properties and fracture of Ti–6Al–4V metal matrix composites fabricated under low temperature superplasticity conditions

Experimental results are reported for a three-layer metal matrix composite produced by pressure welding at different temperatures. It is shown that the composite can be well reinforced by a structural layer of a nanocrystalline Ti–6Al–4V titanium alloy. According to metallographic analysis, in the composite fabricated at a temperature of 900°C the reinforcing layer becomes microcrystalline. With decreasing temperature to 700°C, the grain size of the reinforcing layer does not change, although the a-phase grain size slightly increases compared to the initial one. The geometric changes of micropores, the growth dynamics and spatial arrangement of grains in the zone of the solid state weld are described. Mechanical tensile tests confirmed that the strength of the composite produced at 700°C can exceed the strength of the composite fabricated at 900°C. The fracture behavior of the composite in the weld zone was studied in tensile testing at room temperature. Three stages of fracture were distinguished. The test results showed that the mechanical behavior of the composite depends on the welding temperature. Fracture begins under the action of the principal stresses and propagates in the direction normal to them. The formation of a less strong but more ductile reinforcing layer leads to a sharp increase in plastic strains in the composite, due to which the crack growth is impeded and the crack propagation path changes.

Keywords: metal matrix composites, micro- and nanocrystalline titanium alloy, solid state welding, low temperature superplasticity, strength, ductility, mechanical properties

 

M.Х. Мухаметрахимов  Исследование механических свойств и механизм разрушения металломатричных композитов из титанового сплава Ti–6Al–4V, полученного в условиях низкотемпературной сверхпластичности // Физ. мезомех. - 2020. - Т. 23. - № 3. - С. 107-114