Особливості структуроутворення при спіканні порошкових сумішей системи TiH2+TiВ2

The investigation results on peculiarities of phase and structure formation as well as sintering kinetic of compacted TiH2 - TiВ2 powder blends. It was shown, the most intensive shrinkage upon heating took place within temperature range of TiH2 dehydrogenation (400 ÷ 650 0С). Heating of powder blend up to sintering temperature (1350 0С) resulted in formation of acicular TiB particles in titanium matrix, the amount of particles is increased with increase in exposure to 20 min. The longer duration of isothermal exposure did not lead to increase in amount and size growing of TiB particles. X-ray analysis of sintered TiН2+TiВ2 powder blend demonstrated the presence of titanium matrix phase, orthorhombic TiВ phase, and traces of Ti-B compounds of different concentrations (Ті3В4 and Ті2В5). The dilatometric investigations proved that addition of boride compounds and increase in boride content in powder blend led to decrease in shrinkage upon sintering as compared to shrinkage of single TiH2 powder compacts.В роботі наведені результати досліджень особливостей фазо- та структуроутворення та кінетики спікання пресовок з порошкових сумішей системи TiH2 - TiВ2. Показано, що найбільш інтенсивна усадка при нагріві відбувається в температурному інтервалі дегідрування TiH2 (400 ÷ 650 0С). Нагрів порошкової суміші до температури спікання (1350 0С) призводить до утворення в титановій матриці голкоподібних частинок монобориду титану, вміст яких в структурі підвищується із збільшенням часу витримки до 20 хв. При подальшому збільшенні часу ізотермічної витримки кількість голок монобориду титану залишається практично сталою без помітної зміни їх розмірів. Рентгенофазовий аналіз спечених зразків із суміші TiН2+TiВ2 вказує на наявність у сплаві основної матричної фази титану, ліній фази TiВ з орторомбічною граткою, та слідів сполук титану з бором іншої концентрації (Ті3В4 та Ті2В5). Результати дилатометричних досліджень показали, що введення в склад шихти боридних сполук та збільшення їх вмісту в шихті призводить до помітного зменшення усадки в процесі спікання по відношенню до усадки пресовок із порошку гідриду титану без боридних фаз

Effect of microstructure, deformation mode and rate on mechanical behaviour of electron-beam melted Ti-6Al-4V and Ti-1.5Al-6.8Mo-4.5Fe alloys

Two commercial costefficient titanium alloys—a lowalloyed α+βti–6Al–4V (mas.%) and a metastable βalloy ti–1.5Al–6.8Mo–4.5Fe melted with a single electronbeam cold hearth melting approach—are employed in a present study as program materials. the influence of microstructure formed by means of the subsequent thermomechanical and heat treatments on both the mechanical behaviour (evaluated by the deformation energy, UD) when tested using standard methods with different deformation rates and the ballistic resistance of plate materials is investigated.На прикладі двох промислових економно леґованих титанових стопів, — малолеґованого α + β-стопу ti–6Al–4V (мас.%) і метастабільного βстопу ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe, — виготовлених одноразовим електроннопроменевим топленням з проміжною ємністю, вивчено вплив формованої за подальших (термомеханічного та термічного) оброблянь мікроструктури на механічну поведінку (виражену через енергію деформації UD) при випробуваннях з різними швидкостями деформації та балістичну стійкість.На примере двух промышленных экономно легированных титановых сплавов, — малолегированного α + βсплава Тi–6Al–4V (масс.%) и метастабильного βсплава ti–1,5Al–6,8Mo–4,5Fe, — приготовленных однократной электроннолучевой плавкой с промежуточной ёмкостью, изучено влияние формируемой при последующих (термомеханической и термической) обработках микроструктуры на механическое поведение (выраженное через энергию деформации UD) при ис пы таниях с разными скоростями деформации и баллистическую стойкость

Microstructure and properties of titanium-based materials promising for antiballistic protection

Titanium-based materials, which combine high strength and hardness of surface layer along with sufficient ductile characteristics of the matrix metal, are very promising for various applications, particularly, as armoured components in military-industrial complex. Above-mentioned combination of properties can be achieved by means of the creation of multilayer structures, which consist of layers possessing different physical and mechanical properties. In the present study, microstructure peculiarities, mechanical and antiballistic protection properties of the layered Tibased materials are investigated. Two different ways were used for fabrication of such the layered structures.Титанові матеріaли, які поєднують високу міцність і твердість поверхні при достатніх пластичних характеристиках основного металу, є перспективними для використання в різних галузях техніки, зокрема, в якості бронеелементів у військово-промисловому комплексі. Одержати вищевказану комбінацію властивостей можливо, створюючи матеріaли, які складаються з декількох шарів, що відрізняються за своїми фізико-механічними характеристиками. В роботі досліджено особливості мікроструктури, механічних характеристик і балістичної стійкості таких матеріaлів, створених за двома підходами.Титановые материалы, которые совмещают высокую прочность и твёрдость поверхности при достаточных пластических характеристиках основного металла, являются перспективными для использования в различных областях техники, в частности, как бронеэлементы в военно-промышленном комплексе. Достичь такой комбинации свойств возможно, создавая материалы, состоящие из нескольких слоёв, которые отличаются по своим физико-механическим характеристикам. В работе исследованы особенности микроструктуры и механических характеристик таких материалов, созданных двумя путями

Tribological behavior of Ti–6Al–4V matrix composites reinforced with TiC

The tribological properties of the composite reinforced with TiC carbide particles synthesized on the base of Ti–6Al–4V titanium alloy were investigated. It was determined that the wear resistance of the TMCs compared to Ti–6Al–4V titanium alloy, obtained by the method of powder metallurgy, in the friction pairs with Cu–10Al–4Fe–4Ni bronze and Fe–0.45C hardened steel under the conditions of boundary lubrication increased by 11 and 1.3 times, respectively. The wear mechanisms of the investigated tribopairs were determined. It was shown that due to the addition of solid TiC inclusions into Ti–6Al–4V alloy matrix, the wear mechanism of the friction pairs was changed from adhesion-fatigue to abrasive-fatigue

The Peculiarities of Structure Formation Upon Sintering of TiH2+TiВ2 Powder Blends

The investigation results on peculiarities of phase and structure formation as well as sintering kinetic of compacted TiH2 - TiВ2 powder blends. It was shown, the most intensive shrinkage upon heating took place within temperature range of TiH2 dehydrogenation (400 ÷ 650 0С). Heating of powder blend up to sintering temperature (1350 0С) resulted in formation of acicular TiB particles in titanium matrix, the amount of particles is increased with increase in exposure to 20 min. The longer duration of isothermal exposure did not lead to increase in amount and size growing of TiB particles. X-ray analysis of sintered TiН2+TiВ2 powder blend demonstrated the presence of titanium matrix phase, orthorhombic TiВ phase, and traces of Ti-B compounds of different concentrations (Ті3В4 and Ті2В5). The dilatometric investigations proved that addition of boride compounds and increase in boride content in powder blend led to decrease in shrinkage upon sintering as compared to shrinkage of single TiH2 powder compacts.В роботі наведені результати досліджень особливостей фазо- та структуроутворення та кінетики спікання пресовок з порошкових сумішей системи TiH2 - TiВ2. Показано, що найбільш інтенсивна усадка при нагріві відбувається в температурному інтервалі дегідрування TiH2 (400 ÷ 650 0С). Нагрів порошкової суміші до температури спікання (1350 0С) призводить до утворення в титановій матриці голкоподібних частинок монобориду титану, вміст яких в структурі підвищується із збільшенням часу витримки до 20 хв. При подальшому збільшенні часу ізотермічної витримки кількість голок монобориду титану залишається практично сталою без помітної зміни їх розмірів. Рентгенофазовий аналіз спечених зразків із суміші TiН2+TiВ2 вказує на наявність у сплаві основної матричної фази титану, ліній фази TiВ з орторомбічною граткою, та слідів сполук титану з бором іншої концентрації (Ті3В4 та Ті2В5). Результати дилатометричних досліджень показали, що введення в склад шихти боридних сполук та збільшення їх вмісту в шихті призводить до помітного зменшення усадки в процесі спікання по відношенню до усадки пресовок із порошку гідриду титану без боридних фаз

Structure and Properties of Layered Ti-6Al-4V-Based Materials Fabricated Using Blended Elemental Powder Metallurgy

Due to the high specific strength of Ti, materials on its base are indispensable when high-strength and low-weight requests are a chief demand from the industry. Reinforcement of Ti-alloys with hard and light particles of TiC and TiB is a credible pathway to make metal matrix composites (MMC) with enhanced elastic moduli without compromising the material’s low-weight. However, reinforcement of the alloy with hard particles inevitably lowers the value of toughness and plasticity of material. Yet, in many applications simultaneous high hardness and high plasticity are not required through the entire structure. For instance, parts that need enhanced wear resistance or resistance upon ballistic impact demand high hardness and strength at the surface, whereas their core necessitates rather high toughness and ductility. Such combination of mechanical properties can be achieved on layered structures joining two and more layers of different materials with different chemical composition and/or microstructure within each individual layer. Multi-layered structures of Ti-6Al-4V alloy and its metal-matrix composites (MMC) with 5 and10% (vol.) of TiC and TiB were fabricated in this study using blended elemental powder metallurgy (BEPM) of hydrogenated Ti. Post-sintering hot deformation and annealing were sometimes also employed to improve the microstructure and properties. Structure of materials were characterized using light optical microscopy, scanning electron microscopy, electron backscattered diffraction, x-ray microscopy, tensile and 3-point flexural tests. The effect of various fabrication parameters was investigated to achieve desirable microstructure and properties of layered materials. Using optimized processing parameters, relatively large multilayered plates were made via BEPM and demonstrate superior anti-ballistic performance compared to the equally sized uniform Ti-6Al-4V plates fabricated by traditional ingot and wrought technology

Structure and Properties of Layered Ti-6Al-4V-Based Materials Fabricated Using Blended Elemental Powder Metallurgy

Due to the high specific strength of Ti, materials on its base are indispensable when high-strength and low-weight requests are a chief demand from the industry. Reinforcement of Ti-alloys with hard and light particles of TiC and TiB is a credible pathway to make metal matrix composites (MMC) with enhanced elastic moduli without compromising the material’s low-weight. However, reinforcement of the alloy with hard particles inevitably lowers the value of toughness and plasticity of material. Yet, in many applications simultaneous high hardness and high plasticity are not required through the entire structure. For instance, parts that need enhanced wear resistance or resistance upon ballistic impact demand high hardness and strength at the surface, whereas their core necessitates rather high toughness and ductility. Such combination of mechanical properties can be achieved on layered structures joining two and more layers of different materials with different chemical composition and/or microstructure within each individual layer. Multi-layered structures of Ti-6Al-4V alloy and its metal-matrix composites (MMC) with 5 and10% (vol.) of TiC and TiB were fabricated in this study using blended elemental powder metallurgy (BEPM) of hydrogenated Ti. Post-sintering hot deformation and annealing were sometimes also employed to improve the microstructure and properties. Structure of materials were characterized using light optical microscopy, scanning electron microscopy, electron backscattered diffraction, x-ray microscopy, tensile and 3-point flexural tests. The effect of various fabrication parameters was investigated to achieve desirable microstructure and properties of layered materials. Using optimized processing parameters, relatively large multilayered plates were made via BEPM and demonstrate superior anti-ballistic performance compared to the equally sized uniform Ti-6Al-4V plates fabricated by traditional ingot and wrought technology

Hydride Approach in Blended Elemental Powder Metallurgy of Beta Titanium Alloys

The physical bases of hydrogenated titanium powders application in blended elemental powder metallurgy (BEPM) of titanium alloys were earlier developed. Hydrogen as temporary alloying addition for titanium strongly affects diffusion processes upon transformation of powder blends into alloys ensuring production of α+β and metastable β titanium alloys which mechanical properties meet standard requirements. At the same time, synthesis of metastable β alloys is complicated by a big amount of alloying elements which diffusion redistribution upon sintering has a strong impact on microstructure evolution. In present study BEPM hydride approach was expanded for production of biocompatible low modulus Ti-Zr-Nb and Ti-Zr-Nb-Ta alloys having BCC structure which are attractive materials for medical application. The alloys of prescribed compositions were produced using various starting powders, including TiH2, ZrH2, hydrogenated niobium, tantalum and Ti-Nb master alloys. Peculiarities of volume changes of multicomponent powder blends on dehydrogenation were investigated. The specific volume changes of powder components during dehydrogenation affect densification kinetic of powder blends and microstructure of as-sintered alloys

Role of alloying elements in microstructure evolution and alloying elements behaviour during sintering of a near -B titanium alloy

A near-β Ti–5Al–5Mo–5V–2Cr–1Fe alloy was produced using the blended elemental powder metallurgy approach. The microstructural development and distributions of the alloying elements were investigated during transformation of the heterogeneous powder compacts into the final homogenous alloy product. The influence of different alloying elements and their combination on microstructural evolution and chemical homogenisation is discussed. X-ray mapping and line scans found the order of the rates at which the alloying elements diffuse into the Ti matrix. It was concluded that the addition of 1% Fe as alloying element with the fastest diffusivity in titanium has a positive influence on the characteristics of sintered alloy