Frontier Materials & TechnologiesFrontier Materials & TechnologiesFrontier Materials & Technologies2782-40392782-6074Togliatti State University10410.18323/2073-5073-2019-1-37-42ArticlesСтатьиTHE INFLUENCE OF NICKEL ON THE PROPERTIES OF THE DEPOSITED ALLOYS OF TITANIUM-ALUMINUM SYSTEMВЛИЯНИЕ НИКЕЛЯ НА СВОЙСТВА НАПЛАВЛЕННЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ ТИТАН – АЛЮМИНИЙKovtunovA. I.КовтуновА. И.
Russian Federation
BochkarevA. G.БочкаревА. Г.
Russian Federation
PlakhotnyD. I.ПлахотныйД. И.
Russian Federation
GushchinA. A.ГущинА. А.
Russian Federation
Togliatti State UniversityТольяттинский государственный университетLLC “Srednevolzhsky Certification and Test Center “Delta”ООО «Средневолжский сертификационно-диагностический центр "Дельта"»29032019137421103202111032021https://vektornaukitech.ru/jour/article/view/104

The development and adoption of new titanium-based structural materials combining high heat resistance and low density are a very important task of modern materials science. The existing materials based on the intermetallide alloys of the Ti-Al system have low ductility at room temperatures, which complicates their practical application. One of the ways to increase the plasticity of titanium aluminides is the alloying of an intermetallide alloy. The use of components soluble in titanium aluminides which are in close proximity to aluminum and titanium in the D.I. Mendeleev’s periodic table will allow increasing the ductility of a Ti-Al-based intermetallide alloy.

This paper presents the results of the study of the processes of the argon-arc surfacing of alloys of the Ti-Al system alloyed with nickel using aluminum and nickel filler wires. The authors found out the relationship between the deposition modes and the chemical composition of the deposited metal, as well as determined the effect of nickel on the hardness, wear resistance, heat resistance and crack resistance of the deposited alloys of the Ti-Al system.

The studies showed that alloying with nickel in the amount of 4.5–11.7 % (by weight) with the aluminum content of 10.4–34 % (by weight) increased the hardness and wear resistance of metal deposit. The alloying with nickel within the specified limits with the aluminum content of up to 33 % does not increase the heat resistance of the deposited alloys in comparison with the non-alloyed intermetallide Ti-Al-based alloy. When alloying the deposited alloys with the aluminum content of more than 33 % with nickel the heat resistance of the metal deposit increases.

The alloying with nickel increases the probability of crack formation in the deposited alloys of the Ti-Al system, which is associated with the formation of the Ti2Ni fragile phase inclusions in the metal structure.

Разработка и освоение новых конструкционных материалов на основе титана, сочетающих в себе высокие показатели жаростойкости, низкой плотности, является весьма актуальной задачей современного материаловедения. Существующие материалы на основе интерметаллидных сплавов системы Ti-Al имеют низкую пластичность при комнатных температурах, что затрудняет их практическое применение. Одним из путей повышения пластичности алюминидов титана является легирование интерметаллидного сплава. Применение компонентов, растворимых в алюминидах титана, которые находятся в непосредственной близости с алюминием и титаном в периодической таблице Д.И. Менделеева, позволит повысить пластичность интерметаллидного сплава на основе Ti-Al.

В статье представлены результаты исследования процессов аргонодуговой наплавки сплавов системы Ti-Al, легированных никелем с применением алюминиевой и никелевой присадочных проволок. Установлена зависимость между режимами наплавки и химическим составом наплавленного металла, а также определено влияние никеля на твердость, износостойкость, жаростойкость и трещиноустойчивость наплавленных сплавов системы Ti-Al.

Проведенные исследования показали, что легирование никелем в количестве 4,5–11,7 % (по массе) при содержании алюминия 10,4–34 % (по массе) повышает твердость и износостойкость наплавленного металла. Легирование никелем в указанных пределах при содержании алюминия до 33 % не повышает жаростойкость наплавленных сплавов в сравнении с нелегированным интерметаллидным сплавом на основе Ti-Al. При легировании никелем наплавленных сплавов с содержанием алюминия более 33 % жаростойкость наплавленного металла повышается.

Легирование никелем увеличивает вероятность образования трещин в наплавленных сплавах системы Ti-Al, что связано с образованием в структуре металла включений хрупкой фазы Ti2Ni.

argon-arc surfacingintermetallide alloyshardnesswear resistanceheat resistancetitanium aluminidesalloyingnickelаргонодуговая наплавкаинтерметаллидные сплавытвердостьизносостойкостьжаростойкостьалюминиды титаналегированиеникельKhorev A.I. Fundamental and applied projects on titanium alloys and perspective areas of their development. Trudy VIAM, 2013, no. 2, pp. 4–19.Хорев А.И. Фундаментальные и прикладные работы по конструкционным титановым сплавам и перспективные направления их развития // Труды ВИАМ. 2013. № 2. С. 4–19.Ilyin A.A., Kolachev B.A., Polkin I.S. Titanovye splavy. Sostav, struktura, svoystva [Titanium alloys. Composition, structure, properties]. Moscow, VILS-MATI Publ., 2009. 520 p.Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. М.: ВИЛСМАТИ, 2009. 520 с.Anpilov V.V. Prospects for development of aluminium, magnesium and titanium alloys for aerospace engineering. Aviatsionnye materialy i tekhnologii, 2017, no. S, pp. 186–194.Анпилов В.В. Перспективы развития алюминиевых, магниевых и титановых сплавов для изделий авиационно-космической техники // Авиационные материалы и технологии. 2017. № S. С. 186–194.Kovtunov A.I., Bochkarev A.G., Plakhotny D.I., Gushchin A.A. Effect of zirconium on the processes of formation and properties of overlaid system Ti-Al alloys. Svarka i diagnostika, 2018, no. 5, pp. 47–50.Ковтунов А.И., Бочкарев А.Г., Плахотный Д.И., Гущин А.А. Влияние циркония на процессы формирования и свойства наплавленных сплавов системы Ti-Al // Сварка и диагностика. 2018. № 5. С. 47–50.Kolachev B.A. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka tsvetnykh metallov i splavov [Metal science and heat treatment of non-ferrous metals and alloys]. Moscow, MISIS Publ., 2005. 432 p.Колачев Б.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М.: МИСИС, 2005. 432 с.Kazantseva N.V. Materialy dlya vysokoskorostnykh transportnykh sistem [Materials for high-speed transport systems]. Ekaterinburg, UrGUPS Publ., 2016. 163 p.Казанцева Н.В. Материалы для высокоскоростных транспортных систем. Екатеринбург: УрГУПС, 2016. 163 с.Dzunovich D.A., Alekseev E.B., Panin P.V., Lukina E.A., Novak A.V. Structure and properties of sheet semi-finished products from various wrought intermetallic titanium alloys. Aviatsionnye materialy i tekhnologii, 2018, no. 2, pp. 17–25.Дзунович Д.А., Алексеев Е.Б., Панин П.В., Лукина Е.А., Новак А.В. Структура и свойства листовых полуфабрикатов из деформируемых титановых сплавов разных классов // Авиационные материалы и технологии. 2018. № 2. С. 17–25.Gorlov D.S., Aleksandrov D.A., Zaklyakova O.V., Azarovsky E.N. Investigation of the possibility of protection of intermetallic titanium alloy against fretting wear by ion-plasma coating. Trudy VIAM, 2018, no. 4, pp. 51–58.Горлов Д.С., Александров Д.А., Заклякова О.В., Азаровский Е.Н. Исследование возможности защиты интерметаллидного титанового сплавов от фреттинг-износа путем нанесения ионно-плазменного покрытия // Труды ВИАМ. 2018. № 4. С. 51–58.Demenok A.O., Ganeev A.A., Demenok O.B., Kulakov B.A. The choice of alloying elements for titanium aluminide base alloys. Vestnik Yuzhno-Uralskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Metallurgiya, 2013, no. 1, pp. 95–102.Деменок А.О., Ганеев А.А., Деменок О.Б., Кулаков Б.А. Выбор легирующих элементов для сплавов на основе алюминида титана // Вестник Южно- Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2013. № 1. С. 95–102.Klopotov V.D., Potekaev A.I., Klopotov A.A., Kulagina V.V., Knestyapin E.A., Markova T.N., Morozov M.M. Triple titanium aluminide-based diagrams. Analysis and construction. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, 2013, vol. 323, no. 2, pp. 96–100.Клопотов В.Д., Потекаев А.И., Клопотов А.А., Кулагина В.В., Кнестяпин Е.А., Маркова Т.Н., Морозов М.М. Тройные диаграммы на основе алюминида титана, анализ и построение // Известия Томского политехнического университета. 2013. Т. 323. № 2. С. 96–100.Muratov V.S., Morozova E.A. Formation of structure and properties of titanium under laser surface alloying with nickel and manganese. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov, 2018, no. 9, pp. 36–40.Муратов В.С., Морозова Е.А. Формирование структуры и свойств титана при лазерном легировании никелем и марганцем // Металловедение и термическая обработка металлов. 2018. № 9. С. 36–40.Kovtunov A.I., Plakhotny D.I., Gushchin A.A., Plakhotnaya S.E., Bochkarev A.G. Influence of surfacing modes on the structure and properties of titaniumaluminum system coatings. Svarka i diagnostika, 2016, no. 2, pp. 43–45.Ковтунов А.И., Плахотный Д.И., Гущин А.А., Плахотная С.Е., Бочкарев А.Г. Влияние режимов наплавки на структуру и свойства покрытий системы титан-алюминий // Сварка и диагностика. 2016. № 2. С. 43–45.Khorev A.I. Theoretical and practical bases of increase of constructional durability of modern titanium alloys. Tekhnologiya legkikh splavov, 2007, no. 2, pp. 144–153.Хорев А.И. Теоретические и практические основы повышения конструкционной прочности современных титановых сплавов // Технология легких сплавов. 2007. № 2. С. 144–153.Khorev A.I. Alloying and heat treatment of structural (α+β) titanium alloys of high and superhigh strength. Russian engineering research, 2010, vol. 30, no. 7, pp. 682–688.Хорев А.И. Теория легирования и термической обработки конструкционных (α+β)-титановых сплавов высокой и сверхвысокой прочности // Вестник машиностроения. 2010. № 7. С. 32–39.Khorev A.I. Alloying and heat treatment of highstrength structural titanium β-alloys. Russian engineering research, 2010, vol. 30, no. 8, pp. 781–788.Хорев А.И. Теория легирования и термической обработки конструкционных β-сплавов высокой прочности // Вестник машиностроения. 2010. № 8. С. 43–50.Demakov S.L., Vodolazsky F.V. A study of the effect of quenching temperature on the structure and properties of alloy Ti-19,6Al-12,4Nb-1,5V-0,97Zr-0,6Mo. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov, 2018, no. 5, pp. 35–41.Демаков С.Л., Водолазский Ф.В. Исследование влияния температуры закалки на структуру и свойства сплавов Ti-19,6Al-12,4Nb-1,5V-0,97Zr-0,6Mo // Металловедение и термическая обработка металлов. 2018. № 5. С. 35–41.Kovtunov A.I. Argonodugovaya naplavka splavami na osnove sistemy zhelezo-alyuminiy [Argon arc welding with alloys based on the iron-aluminum system]. Togliatti, TGU Publ., 2014. 140 p.Ковтунов А.И. Аргонодуговая наплавка сплавами на основе системы железо-алюминий. Тольятти: ТГУ, 2014. 140 с.Kovtunov A.I., Bochkarev A.G., Plakhotny D.I. The formation investigation of fused alloys in the system of Fe-Al alloyd Si. Svarochnoe proizvodstvo, 2017, no. 12, pp. 3–7.Ковтунов А.И., Бочкарев А.Г., Плахотный Д.И. Исследование процессов формирования наплавленных сплавов системы Fe-Al легированных Si // Сварочное производство. 2017. № 12. С. 3–7.Schuster J. C. Critical data evaluation of the aluminiumnickel- titanium system. Intermetallics, 2006, vol 14, no. 10, pp. 1304–1311.Schuster J. C. Critical data evaluation of the aluminiumnickel- titanium system // Intermetallics. 2006. Vol 14. № 10. P. 1304–1311.Schuster J. C., Zhu P., Shuhong L., Franz W., Yong D. On the constitution of the ternary system Al-Ni-Ti. Intermetallics, 2005, vol 15, no. 9, pp. 1257–1267.Schuster J. C., Zhu P., Shuhong L., Franz W., Yong D. On the constitution of the ternary system Al-Ni-Ti // Intermetallics. 2005. Vol 15. № 9. P. 1257–1267.