Закономерности формирования структуры биметаллических материалов в процессе сварки трением с перемешиванием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Ермакова Светлана Александровна

• Ермакова Светлана Александровна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Ермакова Светлана Александровна

ВВЕДЕНИЕ

1 БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ Ti/Al

1.1 Титан

1.2 Алюминий

1.3 Сварка титана с алюминием в твердой фазе

1.4 Структура и свойства фаз системы титан — алюминий

1.5 Сварка трением с перемешиванием

1.6 Дефекты сварки трением с перемешиванием

1.7 Ультразвуковое воздействие при сварки трением с перемешиванием

2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Материалы исследования

2.2 Методы исследования

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Влияние скорости подачи на получение биметаллов титан-алюминий

3.2 Сварка трением с перемешивание внахлест со стороны листа сплава ВТ1-0, в т.ч. с УЗ

3.4 Точечная сварка трением с перемешиванием

3.5 Сварка трением с перемешивание внахлест со стороны листа сплава АМг5, в т.ч. с УЗ

ВЫВОДЫ

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Закономерности формирования структуры биметаллических материалов в процессе сварки трением с перемешиванием»

Актуальность работы.

Биметалл — это композиционный материал, состоящий из двух и более слоёв разных металлов. Биметаллы используют для разных задач. Как правило, их использование связано с сочетанием различных функций используемых слоёв. Например, один из слоёв выполняет функцию несущей основы, а другой слой выполняет более специфическую функцию, например, антифрикционную или антикоррозионную.

Биметаллические соединения Ti/Al имеют широкие перспективы развития и представляют большой интерес для аэрокосмической промышленности, судоходства, автомобилестроения и т.д. Это связано с их уникальными свойствами, такими как высокая удельная прочность, термостойкость и стойкость к окислению. Кроме того, замена дорогостоящего титана алюминием и изготовление биметалла экономически выгодно [1].

Одной из основных проблем при соединении разнородных материалов является выбор наиболее подходящей технологии для получения стабильного соединения. Сварные швы разнородных металлов, таких как алюминий и титан, тяжело получить из-за значительных различий в их характеристиках, в частности, из-за разной температуры плавления, теплопроводности, коэффициента теплового расширения и удельной теплоемкости, которые приводят к внутренним напряжениям, укрупнению зерна и слабой адгезии [2, 5]. В полученных сварных швах образуется слой избыточных интерметаллидов, разупрочняющих соединение, и высоких напряжений на границе раздела разнородных слоёв, что также вызвано различными термодинамическими свойствами сплавов [3, 6, 7]. Взаимная растворимость алюминиевого и титанового сплава в твердом состоянии плохая, поэтому хрупкие интерметаллические соединения часто образуются на границе раздела соединений.

Один из способов соединения Al/Ti - это сварка трением с перемешиванием (СТП), которая позволяет обеспечить качественное сварное соединение

разнородных материалов. СТП позволяет успешно сваривать большинство разнородных традиционных конструкционных материалов. Ранее уже исследовались сварные швы Al/Ti, полученные с помощью стыковой СТП и СТП внахлест через алюминий [8]. На границе раздела также образуется слой интерметаллидов, но меньшей толщины, чем при плавящей сварке, а также соединение представляет собой механическую смесь, которая тем прочнее, чем сильнее развита поверхность раздела [9].

Улучшить параметры сварного шва может ввод ультразвуковых колебаний. Ввод ультразвуковых колебаний при СТП может интенсифицировать пластическое течение материала вокруг сварочного инструмента и улучшить качество соединения.

Предыдущие исследования СТП биметаллов Ti/Al ограничиваются в основном изучением образования интерметаллидов и их влияния на прочность полученных образцов. На характеристику самого соединения, на его макро- и микроструктуру обращают мало внимания. В данном исследовании вводятся новые критерии оценки структуры соединения и исследуется их влияние на прочность сварного соединения.

Степень разработанности темы исследования.

Тема сварки трением с перемешиванием становится более актуальной в последние годы. Ученые в своих работах описывают процесс СТП титановых и алюминиевых сплавов [10]. Используя различные модификации сварки, такие как стыковая, нахлесточная, со стороны титанового листа и наоборот, точечная [1113]. В основном, в исследованиях делается акцент на образование интерметаллидов и их влияние на прочность полученных сварных швов [14]. Образование интерметаллидов возможно контролировать путем варьирования технологических параметров, что вызывает сложности, поскольку подбор оптимального режима СТП очень трудоёмок.

Одна из возможных модификаций, применяемая для улучшения качества сварного шва методом СТП, это СТП с ультразвуковым воздействием. Впервые воздействие ультразвуковых вибраций на пластичность металлов исследовали F.

В1а^Ьа и В. Langenecker [15]. Результаты показали, что ультразвуковые колебания снижают предел текучести металла при пластической деформации. При этом ввод дополнительной энергии не приводит к значительному нагреву материала при деформации [16].

Макроструктура СТП-соединений титан-алюминий до сих пор почти не исследована. Влияние ультразвукового воздействия на получение таких материалов изучено слабо. Также нет сведений о сварке нахлесточных соединений титан-алюминий через титан.

Цель работы исследовать закономерности формирования структуры биметаллических материалов титан-алюминий в процессе сварки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием. особенности формирования биметалла при сварке трением с перемешиванием, а также влияние ультразвукового воздействия и технологических параметров на морфологию границы раздела соединения титанового и алюминиевого сплавов, механические и структурные характеристики.

Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:

1. Получить биметалл из алюминиевого и титанового сплава при помощи сварки трением с перемешиванием.

2. Исследовать различные способы получения биметалла при помощи сварки трением с перемешиванием.

3. Исследовать влияние ультразвукового воздействия и технологических параметров на морфологию границы раздела соединения титанового и алюминиевого сплавов, механические характеристики и структуру биметалла.

Научная новизна:

1. Впервые обнаружено, что прочность полученных сваркой трением с перемешиванием биметаллов зависит от сложности границы

2. Введен новый критерий оценки макроструктуры - сложность границы раздела, который является аналогом фрактальной размерности.

3. Выявлено, что ультразвуковое воздействие при сварке трением с перемешиванием, при некоторых условиях и режимах сварки, интенсифицирует перемешивание в результате акустопластического эффекта и увеличивает сложность границы раздела, что приводит к упрочнению соединений. Также ультразвуковое воздействие может ухудшить перемешивание за счет антифрикционного эффекта. Теоретическая значимость работы

Работа дает вклад в фундаментальные знания о закономерностях формирования сварного шва в процессе сварки трением с перемешиванием сплавов ВТ1-0 и АМг5.

Кроме того, в работе изложены результаты, которые имеют фундаментальный характер и вносят вклад в существующие представления о закономерностях формирования структур в характерных зонах и механических свойствах неразъемных соединений при сварке трением с перемешиванием из сплавов ВТ1-0 и АМг5, что может служить основой для дальнейших исследований.

Практическая значимость работы

Формирование биметаллов из титановых и алюминиевых сплавов является важной задачей для многих отраслей промышленности. Полученные экспериментальные сведения о закономерностях формирования структуры соединений Ti/Al, полученных методом СТП, позволят получать качественные биметаллы данным методом. Кроме того, в работе впервые достигнута прочность биметалла Ti/Al, равная 87% от прочности наименее прочного слоя алюминиевого сплава.

Методология и методы исследования. Для изучения структуры и свойств биметаллических соединений применялись следующие методы: оптическая металлография, растровая электронная микроскопия, энергодисперсионный элементный микроанализ, фрактография, рентгеноструктурный анализ. Основные положения, выносимые на защиту:

1.Прочность сварного шва, полученного методом сварки трением с перемешиванием зависит от сложности границы раздела

2. В процессе сварки трением с перемешиванием ультразвуковое воздействие может приводить как к упрочнению, так и к уменьшению прочности образцов, из-за конкурирующих эффектов, акустического и антифрикционного.

Достоверность результатов работы обеспечивается комплексным применением современных методов экспериментальных исследований и согласованием полученных эмпирических сведений с работами ведущих авторов в данной теме.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: XVIII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Россия, г. Томск, 2019), Международной конференции «Перспективные материалы с иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций» (Россия, г. Томск, 2021).

Публикации.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 4 работах, из них 4 статьи в журналах, включенных в библиографические базы данных цитирования Scopus и Web of Science [17-20].

Личный вклад автора состоит в получении образцов биметаллов, подготовке образцов для структурных исследований и механических испытаний, проведении экспериментов, обработке полученных результатов и сопоставлении их с литературными данными. Автор активно участвовал в подготовке публикаций и представлении результатов работы на конференциях. Постановка цели и задач работы, формулирование выводов и положений проводились совместно с научным руководителем доктором технических наук Е. А. Колубаевым.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 102 наименований. Всего 121 страница, в том числе 63 рисунка и 18 таблиц.

БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ Ti/Al

1.1 Титан

Титан известен своим высоким отношением прочности к весу [21]. Это прочный металл с низкой плотностью, который довольно пластичен (особенно в бескислородной среде), блестящий и металлически-белого цвета [22]. Относительно высокая температура плавления (1668 °C) делает его полезным в качестве тугоплавкого металла. Он парамагнитен и обладает довольно низкой электрической и теплопроводностью по сравнению с другими металлами [23].

Технически чистые (99,2% чистоты) марки титана имеют предел прочности при растяжении около 434 МПа, что равно пределу прочности обычных низкосортных стальных сплавов, но они значительно легче. Титан на 60% тяжелее алюминия, но более чем в два раза прочнее. Однако прочность титана уменьшается при нагревании выше 430 °C [24].

Как и стальные конструкции, конструкции, изготовленные из титана, имеют предел усталости, который гарантирует долговечность в некоторых областях применения [21]. Металл представляет собой диморфный аллотроп гексагональной a-формы, которая переходит в кубическую (решетчатую) Р-форму с центром в теле при температуре 882 °C. Удельная теплоемкость a-формы резко возрастает при нагревании до этой температуры перехода, но затем падает и остается довольно постоянной для Р-формы независимо от температуры [25].

Подобно алюминию и магнию, поверхность металлического титана и его сплавов окисляется сразу же после воздействия воздуха, образуя тонкий непористый пассивирующий слой, который защищает основной металл от дальнейшего окисления или коррозии. Этот слой придает титану превосходную устойчивость к коррозии, почти эквивалентную платине.

Титан способен выдерживать воздействие разбавленных серной и соляной кислот, растворов хлоридов и большинства органических кислот. Однако титан подвергается коррозии концентрированными кислотами [24].

1.2 Алюминий

Удельный вес алюминия составляет 2,70 г/см3, что примерно на треть больше, чем у стали, и намного ниже, чем у других часто встречающихся металлов, что делает алюминиевые детали легко узнаваемыми благодаря их легкости [26]. Низкий удельный вес алюминия, по сравнению с большинством других металлов, объясняется тем фактом, что его ядра намного легче, в то время как разница в размере элементарной ячейки не компенсирует эту разницу. Алюминий не такой прочный и твердый, как сталь, но низкая плотность компенсирует это в аэрокосмической промышленности и во многих других областях применения, где решающее значение имеют малый вес и относительно высокая прочность [27].

Чистый алюминий довольно мягкий и не обладает достаточной прочностью. В большинстве случаев вместо этого используются различные алюминиевые сплавы из-за их более высокой прочности и твердости [26]. Предел текучести чистого алюминия составляет 7-11 МПа, в то время как алюминиевые сплавы имеют предел текучести в диапазоне от 200 МПа до 600 Мпа [28]. Алюминий пластичен, относительное удлинение в пределах 50-70%, а также легко подвергается пластической деформации, поэтому его легко вытягивать и экструдировать. Он также легко поддается механической обработке и литью [29].

Алюминий является отличным тепловым и электрическим проводником, его проводимость составляет около 60% от проводимости меди, как тепловой, так и электрической. Он парамагнитен и, следовательно, практически не подвержен воздействию статических магнитных полей. Однако высокая электропроводность означает, что переменные магнитные поля наводят в сплаве сильные вихревые токи [29].

1.3 Сварка титана с алюминием в твердой фазе 1.3.1 Теплопрессовый способ сварки

Теплопрессовый способ сварки (рисунок 1.1) заключается в нагреве соединяемых деталей на воздухе или в защитной среде с последующим впрессовыванием детали из более прочного материала (титана) в менее прочный (алюминий). В результате последующей механической обработки сварных заготовок получают биметаллические изделия разнообразной формы и размеров.

Рисунок 1.1 - Технологическая схема сварки [30]

Согласно современным представлениям о механизме образования соединения, при сварке металлов в твердом состоянии процесс состоит из трех стадий: развития физического контакта, активизации контактных поверхностей и объемного взаимодействия. При теплопрессовой сварке титан-алюминиевых изделий физический контакт между металлами образуется путем деформации более пластичного металла — алюминия. Активация контактных поверхностей обеспечивается предварительным нагревом деталей перед сваркой (термическая активация) и пластической деформацией в процессе сварки (механическая).

Основные параметры теплопрессовой сварки: температура и время нагрева свариваемых деталей, шероховатость поверхности и угол заточки титановой детали. Основным критерием степени полноты протекания всех стадий процесса взаимодействия при сварке может быть прочность соединения.

При нагреве алюминиевой детали до 450°C прочность соединения достигает максимума, причем разрушение происходит по основному материалу алюминия. При этом коэффициент вариации достигает минимума, что свидетельствует о стабильности механических свойств соединения.

Дальнейшее повышение температуры нагрева приводит к снижению прочности и изменению характера разрушения. Это можно объяснить снижением предела текучести алюминиевого сплава и соответствующим уменьшением контактных напряжений, влияющих на механическую активацию процесса взаимодействия [30].

При сварке давлением материалов с резко различающимися физико-механическими свойствами образование прочного соединения во многом определяется пластической деформацией соединяемых деталей, особенно детали, изготовленной из более прочного металла — титана [31].

1.3.2 Диффузионная сварка

Диффузионная сварка - это способ получения соединений за счёт взаимной диффузии свариваемых поверхностей заготовки. При этом методе соединение производится в твердом состоянии при помощи тепла и давления, без плавления металлов и без использования вторичных фаз, растворителя или жидкости. Из-за медленных скоростей нагрева и охлаждения атомы могут полностью диффундировать в сварном соединении.

Процесс образования диффузионной связи в чистом сплаве Ti/Al: сначала элементы Ti и Al взаимно диффундируют с образованием твердого раствора, а затем только фаза Al3Ti образуется с помощью диффузионно-реакционной реакции в определенном интервале времени выдержки, образуя слой, который

растет по параболическому закону. Прочность соединения достигает или превышает прочность чистого алюминия благодаря слою А13Тг Существуют три фазы интерметаллидов ^3А1, и А13^. Прочность соединения на сдвиг и

толщина граничного слоя зависят от температуры сварки, а интерметаллиды постоянно растут с повышением температуры. Толщина межфазного слоя увеличивается с увеличением температуры сварки и времени выдержки. Давление склеивания оказывает меньшее влияние, чем температура склеивания и время выдержки.

1.3.3 Ультразвуковая сварка

Ультразвуковая сварка - это процесс получения соединений в твердом состоянии, при котором соединение создается ультразвуковыми колебаниями, которые воздействуют на соединяемые детали, удерживаемые вместе под давлением, как показано на рисунке 1.2. Чжу и др. [32] исследовали влияние переменных процесса ультразвуковой сварки на межфазные свойства сплавов АА6061-Ti6Al4V. Результаты показали возможность эффективного получения соединений. Твердость поверхности раздела увеличилась по сравнению с основным металлом, особенно вокруг области границы раздела сварных швов. Ширина диффузионного слоя напрямую связана со временем сварки.

Волновод

Давление

Л.

—р> УЗ вибрация

А1 сплав

Л сплав

Рисунок 1.2

- Схематическая диаграмма, показывающая процесс ультразвуковой

сварки

Так же, были исследованы металлургические свойства и свойства при растяжении сплавов Al6061-Ti6Al4V с использованием частиц чистого алюминия в качестве промежуточного слоя с помощью ультразвуковой точечной сварки. Прочность соединения на сдвиг увеличивалась с увеличением энергии сварки. Характер разрушения изменился с межфазного на отрывной. Выявлено, что на границе соединения чистого алюминиевого материала вставки со сплавом титана интерметаллиды не образуются. Сплав AA6061 имеет лучшую твердость в области соединения, в то время как твердость сплава Ti6Al4V остается неизменной после сварки. Zhang и др. [33] изучили возможность ультразвуковой волны большой мощности и исследовали микроструктуру, механические свойства и термический цикл сварки. Утверждается, что достигнута самая высокая прочность на сдвиг 100 МПа, что превосходит другие группы материалов, например: Al-Mg и Al-Fe из-за отсутствия образования интерметаллидов.

1.3.4 Сварка взрывом

Сварка взрывом представляет собой высокоэнергетический технологический процесс, позволяющий с высоким качеством соединять разнородные металлические материалы, в том числе различные комбинации материалов, используемых для композитов металл-интерметаллид.

Система Ti-Al исследована достаточно широко, однако остается ряд неясных вопросов, а именно, какие интерметаллидные фазы могут образоваться при сварке взрывом. Условия образования ряда интерметаллидных фаз Ti-Al: Al5Ti2, Al11Ti5, Al2Ti, AlTi3, Al3Ti, среди которых в рамках одной формульной единицы могут быть реализованы различные типы структур (стабильные, метастабильные, виртуальные). В процессе механохимических реакций в зоне

контакта титана и алюминия при сварке взрывом формируются неравновесные интерметаллические фазы: Al2Ti, Al5Ti3.

Кахраман и др.[34] проанализировали металлургические свойства, свойства при растяжении и коррозионную стойкость в морской воде соединенных взрывом пластин TÍ6A14V и Al при различных взрывных нагрузках. После испытания на растяжение-сдвиг отслаивания на границе раздела не обнаружено. На границе раздела наблюдались бездефектные соединения без интерметаллидов и полостей плавления (пор) с максимальной твердостью вблизи области границы раздела. В начале коррозионного испытания потеря массы в сварных образцах была быстрой и продолжалась более медленными темпами, а степень коррозии увеличивалась с добавлением взрывной нагрузки из-за внутреннего напряжения. Фрончек и др. исследовали металлургические свойства и свойства при растяжении плакировок Ti/Al, изготовленных с использованием сварки взрывом и отжига. После взрыва наблюдались бездефектные сварные швы и внутри вихря были обнаружены интерметаллические фазы Al3Ti, TiAl2, TiAl и Ti3Al, где после отжига преобладала фаза Al3Ti.

1.3.5 Электромагнитная или магнитно-импульсная сварка

Это процесс сварки в твердом состоянии, в котором магнитные силы используются для соединения деталей. Принцип работы процесса магнитно-импульсной сварки изображен на рисунке 1.3. Мария и др. [35] изучали характеристики электромагнитной сварки сплавов Al и Ti. Выявлено, что механическое зацепление (возникающее за счет пластической деформации и микротрещин на поверхности каждого материала) и новые интерметаллидные фазы являются основными факторами, определяющими надежность соединений при электромагнитно-импульсной сварке.

Рисунок 1.3 - Схематическая диаграмма, показывающая принцип магнитно-

импульсной сварки [35]

1.4 Структура и свойства фаз системы титан — алюминий

А1,% (по массе)

О 10 20 30 40 »0 00 70 ВО 90 100

А1,% (ат.)

Рисунок 1.4 - Диаграмма состояния бинарной системы Ti-Al [39]

Диаграмма состояния системы Ti/Al изображена на рисунке 1.4 [39]. В диаграмме обозначены неупорядоченные в и a-фазы, и упорядоченные a (TÍ3AI) y(TiAl). Максимальная растворимость алюминия в титане составляет 45 ат.%, а титана в алюминии - 50 ат.%. Область гомогенного твердого раствора распространяется от 22 до 35 ат.% алюминия, а область гомогенности фазы - от 51 % алюминия и более. Растворимость титана в алюминии небольшая и

находится в диапазоне от 0,024 % (по массе) при температуре равной 250°С до 0,26 % при температуре равной 665 °С. Растворимость алюминия в титане намного выше. При температуре 1460 °С может достигаться максимальная концентрация в 34,5 % [40].

В работах описывается, что интерметаллид ТЬА1 образуется из Р-титана при температуре 1125°С [46]. Однако имеются данные, что переход аТ^ТЬА1 развивается при 850...1180°С [39]. Также, сообщается о существовании высокотемпературной фазы ^А12 (5), в которой происходит распад при 1000°С на соединения ^А12 и ^А13 [40]. Как сообщают исследования [41], образование соединения ^А13 происходит по перитектической реакции из жидкости и <^-фазы при температуре 1395 °С. ^-фаза представляет собой соединение Ti5Alll, которое образовалось из жидкости и химического соединения Т1А1 при температуре 1415 °С. А при 990 °С -фаза распадается на Т1АЪ и ТАЪ, а охлаждение до 1175 °С приводит к образованию фазы ^А12. При пониженной температуре в 780 °С, образуется соединение ^9А123.

Образование таких интерметаллидов как ^А12, ТЬА15, Т^А1п и ^9А123 возможно получить из фазы Т1А1 при реакции жидкости и твердой фазы, а также при условии твердофазного взаимодействия. Однако самую большую вероятность будет образование фазы Т1АЬ, так как образование такого типа интерметаллидного соединения будет более выгодно как энергетически, так и термодинамически. Имеются экспериментальные подтверждения данного факта, а также были сделаны расчеты, доказывающие, что при сравнении с фазами Т1А1 и Т^А1 самое меньшее значение свободной энергии образования фаза имеет ^А13 [42].

По строению соединение Т^А1 имеет кристаллическую решетку близкую к а-титану. Интерметаллид обладает гексагональной кристаллической решеткой типа М^п с параметрами а=0,5793нм и с=0,4655нм. Плотность этого соединения равна 4200 кг/м3. Отличительной особенностью такого соединения является четкое распределение атомов алюминия и титана по всему объему кристаллической решетки, которая сохраняется до 1090 °С [43].

Механические свойства интерметаллида ^3А1 зависят от: размера зерен, микроструктуры, количества и типа примесей [44, 45]. Предел прочности соединения может колебаться в диапазоне 200 - 600 МПа. Относительное удлинение образцов соединения ^^М не велико. При комнатной температуре оно составляет 1-2 %. Численность плоскостей скольжения в данной фазе мало, и это приводит к локальному сдвигу, из-за чего происходит скопление значительного количества дислокаций, которые являются центрами появления микротрещин в материале. Модули упругости соединения относятся к числу постоянных величин и равны: Е = 140 ГПа, G = 52,5 ГПа. Данный интерметаллид обладает рядом недостатков, например, малой жаропрочностью. Поэтому соединения ТЬА1 целесообразно легировать такими элементами, как ниобий, молибден, тантал [46].

Интерметаллид TiAl обладает тетрагональной кристаллической решеткой типа АиСи с параметрами, а=0,3988нм и с=0,4079нм. Если сравнить соединение TiAl с другим соединением ^Л^ то можно обнаружить, что обладает более низкой плотностью. Это происходит, потому что алюминия в его структуре содержится больше. Упорядоченность атомов титана и алюминия в решетке сохраняется до температуры плавления данного соединения равной 1450°С, а это значительно повышает трудозатраты при его обработке давлением [47].

На свойства прочности материала TiAl оказывают влияние такие же факторы, какие оказывают на свойства соединения ^3А1. Предел прочности интерметаллида находится в диапазоне от 350 до 580 МПа [48, 49]. Модули упругости данного материала также являются постоянными величинами и равны Е = 175 ГПа и G = 67 ГПа.

Это соединение можно охарактеризовать небольшой пластичностью менее 0,5 %. Пластическая деформация интерметаллида TiAl происходит благодаря скольжению одиночных дислокаций по трем направлениям, которое при комнатной температуре заблокировано. Авторы [50, 51] сообщают о том, что с увеличением температуры до 700 °С пластичность соединения растёт, что можно объяснить разблокированием дислокаций и осуществлением деформации по

механизму двойникования. Пластичность интерметаллида ^А1 можно повысить за счет комплексного легирования материала аналогичной группой металлов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ермакова Светлана Александровна, 2023 год

Список литературы

1. W. Zink, M. Peters, W.A., Kaysser, Advanced Aerospace Materials (2000) 2532.

2. Wildn J, Bergmann JP., Welding and Cutting, 3(5) (2004) 285-290.

3. P. Kah, M. Shrestha, J. Martikainen, Appl. Mech. Mater. 440 (2014) 269-276.

4. B. Li, Z. Zhang, Y. Shen, W. Hu, L. Luo, Mater. Design 53 (2014) 838-848.

5. J.W. Choi, H. Liu, H. Fujii, Mater. Sci. Eng. A 730 (2018) 168-176.

6. Casalino G, Mortello M.. Int J. Adv Manuf Technol 83 (2015) 89-98.

7. Casalino G, Mortello M, Peyre P. J. Mater Process Technol 223 (2015) 139-149.

8. Jeong-Won Choi, Huihong Liu, Hidetoshi Fujii, Mater. Sci. Eng., A. 730 (2018) 168-176.

9. Bo Li, Zhenhua Zhang, Yifu Shen, Weiye Hub, Lei Luo, Materials and Design 53 (2014) 838-848.

10. M. Watanabe, K. Feng, Y. Nakamura, and S. Kumai, Mater. Trans. 52(5), (2011) 953-959.

11. Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press.

12. Hen, Y., Ni, Q., & Ke, L., Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 22(2) (2012) 299304.

13. F. Blaha and B. Langenecker, Naturwissenschaften, 42 (1955) 556.

14. Rahmi M, Abbasi M Int J. Adv Manuf Technol90(1-4) (2017) 141-151.

15. B. Strass, G. Wagner, C. Conrad, B. Wolter, S. Benfer, W. Fürbeth, Adv. Mater. Res. 966-967 (2014) 521-535.

16. Marco Thomas, Guntram Wagner Ultrasound, J. Mater. Sci. Technol. 34 (2018) 163-172.

17. S. A. Ermakova, A. A. Eliseev, V. E. Rubtsov, AIP Conference Proceedings 2167 (2019) 020091.

18. S A Ermakova, A A Eliseev, A V Vorontsov, N L Savchenko, Journal of Physics: Conference Series, 1989 (2021) 012015

19. С.А. Ермакова, А.А. Елисеев, Е.А. Колубаев, Д.В. Ермаков, Физическая мезомеханика, 25, 5 (2022)

20. Eliseev, A.A., Ermakova, S.A., Kolubaev, E.A. , Russian Physics Journal, 65(12), pp. 2210-2215 (2023)

21. Encyclopedia (6th ed.). New York: Columbia University Press. 2000-2006.

22. Stwertka, Albert (1998). "Titanium". Guide to the Elements (Revised ed.). Oxford University Press. pp. 81-82. ISBN 978-0-19-508083-4.

23. Encyclopedia Britannica. 2006. Retrieved 19 January 2022.

24. Barksdale, Jelks (1968). In Clifford A. Hampel (ed.). New York: Reinhold Book Corporation. pp. 732-738.

25. Lide, D. R., ed. (2004). Handbook of Chemistry and Physics (84 ed.). CRC Press.

26. Davis, J. R. (1999). Corrosion of Aluminum and Aluminum Alloys. ASM International.

27. Polmear, I.J. (1995). Light Alloys: Metallurgy of the Light Metals (3 ed.). Butterworth-Heinemann.

28. Schmitz, C. (2006). Handbook of Aluminium Recycling. Vulkan-Verlag GmbH.

29. Каракозв Э.С. Соединение металлов в твердой фазе. М.: Металлургия. 1976. 264 с.

30. Красулин Ю.Л. Шоршоров М.Х. О природе физико-химических явлений в сарных и паяных соединениях / Сварочное производство. 1967. №12.

31. Расчет контактных напряжений при теплопрессовой сварке // В.И. Лукин, В.В. Кучеряев и др. / Физика и химия обработки материалов. 1981. №4. С. 123-127.

32. Zhu Z, Lee KY and Wang X. Ultrasonic welding of dissimilar metals, AA6061 and Ti6Al4V. Int J Adv Manuf Technol 2012; 59: 569-574.

33. Zhang CQ, Robson JD and Prangnell PB. Dissimilar ultrasonic spot welding of aerospace aluminum alloy AA2139 to titanium alloy TiAl6V4. J Mater Process Technol 2016; 231: 382-388.

34. Kahraman N, Gulenc B and Findik F. Corrosion and mechanical-microstructural aspects of dissimilar joints of Ti-6Al-4V and Al plates. Int J Impact Eng 2007; 34: 1423-1432.

35. Marya M, Marya S and Priem D. On the characteristics of electromagnetic welds between aluminium and other metals and alloys. Weld World 2005; 49: 74-84.

36. Fronczek DM, Wojewoda-budka J, Chulist R, et al. Structural properties of Ti/Al clads manufactured by explosive welding and annealing. Mater Des 2016; 91: 80-89.

37. Sapanathan T, Raoelison RN, Buiron N, et al. Magnetic pulse welding: an innovative joining technology for similar and dissimilar metal pairs. In: Joining technologies, 2016. Epub ahead of print 2016. DOI: 10.5772/63525.

38. Корнилов, И. И. Титан. Источники, составы, свойства, металлохимия и применение / И. И. Корнилов. - М.: Наука, 1975. - 310 с

39. Диаграммы состояния двойных металлических систем: справочник: в 3 т. / под общ. ред. Н. П. Лякишева и др. - М.: Машиностроение, 1996. - Т. 1. - 991 с.

40. И. И. Корнилов, Е. Н. Пылаева, М. А. Волкова. Обзор исследований диаграммы состояния двойной системы Ti-Al - М.: Изд-во Акад. Наук СССР, 1963. - Вып. 10. - С. 74-85.

41. Uhina, O. V. Nardishki, Schwungrad und Frausgta, als eine Methode der psychologischen Betreuung in eine Dissertation/ O. V. Uhina. - S.: Science, 1989. -100 p.

42. Loiseau A., Tendeloo Van G., Portier R., Ducastelle F. Long period structures in Ti1+xA13-x alloys: experimental evidence of a devil's staircase? / Journal physique -1985 - v. 46 № 4 P. 595-613.

43. Schuster C., Ipser H. Phases and phase relations in the partial system TiAl3-TiAl - 1990. - V. 81, № 6. - Р.389-396.

44. Thermodynamic Assessment and Calculation of the Ti-AI System / Kattner, U. R., Lin, J.-C., & Chang, Y. A. // Metallurgical transactions A - 1992. - Vol. 23(8). - P. 2081 - 2090. - doi: 10.1007/bf02646001.

45. А. А. Ильин, Б. А. Колачев, И. С. Полькин. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства: справочник - М.: ВИЛС - МАТИ, 2009. - 520 с.

46. Б. А. Колачев, А. А. Ильин, П. Д. Дроздов О влиянии границ зерен на пластичность интерметаллидов / Металлы. - 2001. - № 3. - С. 41-48.

47. Р. М. Имаев, Н. Г. Габидуллин, Г. А. Салищев. Влияние температуры деформации на механические свойства интерметаллидов Ti3Al / Металлы. - 1992. - № 6. - С. 73-79.

48. И. С. Полькин, Б. А. Колачев, А. А. Ильин. Алюминиды титана и сплавы на их основе / Технология легких сплавов. - 1997. - № 3. - С. 32-39.

49. Имаев Р. М., Кайбышев О. А., Салищев Г. Ю. Механические свойства мелкозернистого интерметаллида TiAl. Хруповязкий переход / Физика металлов и металловедение. - 1991. - № 3. - С. 179- 187.

50. Бочвар Г.А. Исследование ОАО ВИЛС в области высокопрочных сплавов на основе интерметаллидов системы Ti-Al/ Технология легких сплавов. - 1998. -№ 5-6. - С. 51- 52.

51. Greenberg B. A., Anisimov V. I., Gornostiev Y. N. Possible factors affecting brittleness of the intermetallic compound TiAl / Scripta metalla. - 1988. - V. 22, № 6. -Р. 859-864.

52. Аномалии деформационных характеристик интерметаллида TiAl / Б. А. Гринберг, О. В. Антонова, В. Н. Индендаум и др. // Физика металлов и металловедение. - 1992. - № 4. - С. 24-32.

53. Павлюкова, Д. В. Структура и механические свойства слоистых материалов на основе титана и алюминия, полученных по технологии сварки взрывом и дополнительной термической обработки: диссертация канд. техн. наук: 05.16.09 / Павлюкова Д. В. - Новосибирск, 2011. - 237 с.

54. Температурная зависимость предела текучести сплавов на основе алюминида титана с Lb-решеткой / Я. И. Евич, Ю. Н. Подрезов, М. В.Ремез и др. // Электронная микроскопия и прочность материалов: сб. тр. - Киев: ИПМ НАН Украины, 2009. - Вып. 16. - С. 98-103.

55. Павлюкова, Д. В. Структура и механические свойства слоистых материалов на основе титана и алюминия, полученных по технологии сварки взрывом и

дополнительной термической обработки: диссертация канд. техн. наук: 05.16.09 / Павлюкова Д. В. - Новосибирск, 2011. - 237 с.

56. Температурная зависимость предела текучести сплавов на основе алюминида титана с Lb-решеткой / Я. И. Евич, Ю. Н. Подрезов, М. В.Ремез и др. // Электронная микроскопия и прочность материалов: сб. тр. - Киев: ИПМ НАН Украины, 2009. - Вып. 16. - С. 98-103.

57. Grain growth and recrystallization of nanocrystalline Al3Ti prepared by mechanical alloying / F. Zhang, L. Lu, M.O. Lai, F. H. S. Froes // Journal of materials science. - 2003. - V. 38, № 3. - Р. 613-619.

58. Mechanical behavior of AbTi intermetallics and Lh phases on its basis / Yu. V. Milman, D. B. Miracle, S. I. Chugunova, I. V. Voskoboinik [etc.] // Intermetallics. -2001. - V. 9, iss 3. - Р. 839-845.

59. Effects of ductile laminate thickness, volume fraction, and orientation on fatigue-crack propagation in Ti-Al3Ti metal-intermetallic laminate composites / R. R. Adharapurapu, K. S. Vecchio, F. Jiang, A. Rohatgi // Metallurgical and materials transactions: A. - 2005. - V. 36, № 6. - Р. 1595-1608.

60. NOx Oxy-fuel flames for uniform heat transfer / L. T. Yap, M.Pourkashanian // Proceedings the minerals, metals and materials society. - 1996. - Р. 655-660.

61. Noor Zaman Khan; Arshad Noor Siddiquee; Zahid A Khan (2017-11-01). "Friction Stir Welding". Taylor & Francis. Retrieved 2021-05-29.

62. StirWeld (in French). Retrieved 2018-01-22.

63. Murr, L. E.; Liu, G.; McClure, J. C. (1997). "Dynamic re-crystallisation in the friction-stir welding of aluminium alloy 1100". Journal of Materials Science Letters. 16 (22): 1801-1803. doi:10.1023/A:1018556332357.

64. Krishnan, K. N. (2002). "On the Formation of Onion Rings in Friction Stir Welds". Materials Science and Engineering A. 327 (2): 246-251.

65. By Rajiv S. Mishra, Murray W. Mahoney: Friction stir welding and processing, ASM International ISBN 978-0-87170-848-9.

66. Arbegast, William J. (March 2008). "A flow-partitioned deformation zone model for defect formation during friction stir welding". Scripta Materialia. 58 (5): 372-376.

67. Leonard, A. J. (2000). "Microstructure and aging behaviour of FSW in Al alloys 2014A-T651 and 7075-T651". 2nd International Symposium on FSW (CD ROM). Gothenburg, Sweden.

68. Nielsen, Isak (2012). Modeling and Control of Friction Stir Welding in 5 cm (2 in) thick Copper Canisters (M.Sc. thesis). Linkoping University.

69. Singh, V.P., et al., Recent research progress in solid state friction-stir welding of aluminium-magnesium alloys: a critical review. Journal of Materials Research and Technology, 2020. 9(3): p. 6217-6256.

70. Li, B., Y. Shen, and W. Hu, The study on defects in aluminum 2219-T6 thick butt friction stir welds with the application of multiple non-destructive testing methods. Materials & Design, 2011. 32(4): p. 2073-2084.

71. Mehta, K.P. and V.J. Badheka, A review on dissimilar friction stir welding of copper to aluminum: process, properties, and variants. Materials and Manufacturing Processes, 2016. 31(3): p. 233-254.

72. Springer, H., et al., Influence of intermetallic phases and Kirkendall-porosity on the mechanical properties of joints between steel and aluminium alloys. Materials Science and Engineering: A, 2011. 528(13-14): p. 4630-4642.

73. Xue, P., et al., Enhanced mechanical properties of friction stir welded dissimilar Al-Cu joint by intermetallic compounds. Materials science and engineering: A, 2010. 527(21-22): p. 5723-5727.

74. Xue, P., et al., Effect of friction stir welding parameters on the microstructure and mechanical properties of the dissimilar Al-Cu joints. Materials science and engineering: A, 2011. 528(13-14): p. 4683-4689.

75. Galvao, I., et al., Formation and distribution of brittle structures in friction stir welding of aluminium and copper: influence of process parameters. Science and Technology of Welding and Joining, 2011. 16(8): p. 681-689.

76. Salari, E., et al., Influence of tool geometry and rotational speed on mechanical properties and defect formation in friction stir lap welded 5456 aluminum alloy sheets. Materials & Design, 2014. 58: p. 381-389.

77. Bisadi, H., M. Tour, and A. Tavakoli, The influence of process parameters on microstructure and mechanical properties of friction stir welded Al 5083 alloy lap joint.

78. Kim, Y., et al., Three defect types in friction stir welding of aluminum die casting alloy. Materials Science and Engineering: A, 2006. 415(1-2): p. 250-254.

79. Peilin, L., et al., Mechanical properties and microstructure analysis of refilling friction stir welding on 2219 aluminum alloy, 2012. 25(3): p. 225-234.

80. Cerniglia, D. A Case Study on the Evaluation ofFriction Stir Welds by Ultrasonic Inspection Technique. in Proceedings of the 14th International Symposium on Nondestructive Characterization of Materials (NDCM 2015), Marina Del Rey, CA, USA. 2015.

81. Sagar, S.P., et al., NDE of friction stir welds of Al alloys using high-frequency acoustic microscopy. Nondestructive Testing and Evaluation, 2012. 27(4): p. 375-389.

82. Ranjan, R., et al., Classification and identification of surface defects in friction stir welding: An image processing approach. Journal of Manufacturing Processes, 2016. 22: p. 237-253

83. Chowdhury, S., et al., Tensile properties of a friction stir welded magnesium alloy: Effect of pin tool thread orientation and weld pitch. Materials Science and Engineering: A, 2010. 527(21-22): p. 6064-6075.

84. Mandache, C., et al., Non-destructive detection of lack of penetration defects in friction stir welds. Science and Technology of Welding and Joining, 2012. 17(4): p. 295-303.

85. Dos Santos, T.G., P.M. Ramos, and P. dos Santos Vilaça. Non destructive testing of friction stir welding: Comparison of planar eddy current probes. in 16th IMEKO TC4 Symposium. 2008.

86. Yadav S, Doumanidis C. Thermomechanical analysis of an ultrasonic rapidmanufacturing (URM) system. J Manuf Process 2005; 7:153-61.

87. Daud Y, Lucas M, Huang Z. Ultrasonic compression tests on aluminium. ApplMech Mater 2005; 3:99-104.

88. Threadgill P, Leonard A, Shercliff H. Friction stir welding of aluminium alloys.Int Mater R 2013;54:49-93.

89. Kremer D. New developments on ultrasonic machining. Soc Manuf Eng 1991.

90. Gilmore R. Ultrasonic machining of ceramics. Manuf Soc Eng 1990.

91. Shaw M. Ultrasonic grinding. Microtechnic 1956;10:257-65.

92. Hartley M. Ultrasonic machining of brittle materials. Electronics1956;29:132-5.

93. Frederick J. Ultrasonic engineering. New York: John Wiley and Sons Inc.; 1965.

94. Medis PSP, Henderson HT. Micromachining using ultrasonic impact grinding.J Micromech Microeng 2005;15:1556-9.

95. Shi L, Wu CS, Padhy GK, Gao S. Numerical simulation of ultrasonic field and itsacoustoplastic influence on friction stir welding. Mater Des 2016; 104:102-15.

96. Liu XC, Wu CS. Effect of ultrasonic vibration on microstructure and mechanical properties of friction stir welded joint of 6061-T4 aluminum alloy'. TransChina Weld Inst 2014;35:49-53.

97. Liu XC, Wu CS, Padhy GK. Characterization of plastic deformation and material flow in ultrasonic vibration enhanced friction stir welding. Scr Mater 2015;102:95-8.

98. Padhy GK, Wu CS, Gao S, Shi L. Local microstructure evolution in Al 6061-T6 friction stir weld nugget enhanced by ultrasonic vibration. Mater Des 2016;92:710-23.

99. Gao S, Wu CS, Padhy GK, Shi L. Evaluation of local strain distribution in ultrasonic enhanced Al 6061-T6 friction stir weld nugget by EBSD analysis. Mater Des 2016;99:135-44.

100. Mishra R.S., De P.S., Kumar N. Friction Stir Welding and Processing. - Cham: Springer, 2014.

101. ГОСТ 5639-82. Межгосударственный стандарт. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна. - М.: Изд-во стандартов, 1983. - 23 с.

102. ГОСТ Р 8.736-2011. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения. - М.: Стандартинформ, 2013. - 23 с.