МІКРОСТРУКТУРА ТА МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ШАРУВАТОГО ТИТАН-АЛЮМІНІЄВОГО КОМПОЗИЦІЙНОГО МАТЕРІАЛУ СИСТЕМИ ВТ1-0/АК8М, ВИГОТОВЛЕНОГО РІДКОФАЗНИМ ФОРМУВАННЯМ: Procesi littâ, 2025, Vol 3 (161), 33-41

Я.О.  Смірнова; І.М.  Гурія

doi:10.15407/plit2025.03.033

Автор(и)

Я.О. Смірнова Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (Київ, Україна) https://orcid.org/0000-0002-6371-3716
І.М. Гурія Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (Київ, Україна) https://orcid.org/0000-0003-0394-9708

DOI:

https://doi.org/10.15407/plit2025.03.033

Ключові слова:

композиційний матеріал, шаруватий композит, титан, алюміній, просочення, мікроструктура, механічні властивості

Анотація

Попит на метал-матричні композиційні матеріали зростає щорічно, що спричинено інтенсивним розвитком високотехнологічних галузей промисловості. Серед наявних композитів завдяки своїм фізико-механічним властивостям, експлуатаційним характеристикам та економічним показникам значну увагу привертають шаруваті матеріали. Практичний
інтерес, особливо для аерокосмічної галузі та суднобудування, становлять титан-алюмінієві композити. У роботі представлено шаруватий матеріал системи ВТ1-0/АК8М, виготовлений методом рідкофазного формування, а саме просоченням розплаву алюмінієвого сплаву в зазор між пластинами титану; досліджено вплив технологічних параметрів на мікроструктуру отриманих композитів і визначено їх механічні властивості. Установлено, що, незалежно від технологічних параметрів, на границі розподілу між титановими пластинами та алюмінієвим сплавом утворюється перехідний шар без очевидних пустот і помітних дефектів. Збільшення часу витримування титанових пакетів у розплаві як при 670 °С, так і при 720 °С призводить до збільшення товщини перехідного шару. Зміна температури розплаву при однаковому часі витримування не вплинула відчутно на товщину перехідного шару. Основним параметром, що впливає на механічні властивості досліджуваних композитів при обох температурах розплаву та однаковому часі витримування, є обʼємна частка алюмінієвого сплаву й титану в матеріалі: зменшення обʼємної частки алюмінієвого сплаву від 38,6 % до 18,9 % спричинило збільшення границі міцності на розтяг від 339±6 МПа до 386±15 МПа. Експериментальні значення границі міцності на розтяг корелюють зі значеннями, розрахованими за правилом сумішей, що дозволяє достовірно прогнозувати властивості шаруватих титан-алюмінієвих композитів. Результати досліджень вказують на актуальність подальших досліджень фізико-механічних властивостей отриманих шаруватих композиційних матеріалів системи ВТ1-0/АК8М з метою покращення їх експлуатаційних характеристик.

Біографії авторів

Я.О. Смірнова, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (Київ, Україна)

доктор філософії, старший викладач кафедри ливарного виробництва

І.М. Гурія, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (Київ, Україна)

канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри ливарного виробництва

Посилання

The Business Research Company. (2022). Metal Matrix Composite Market 2022. https://www.thebusinessresearchcompany.com/report/metal-matrix-composite-global-market

The Business Research Company. (2025). Metal Matrix Composite Global Market Report 2025. https://www.thebusinessresearchcompany.com/report/metal-matrix-compositeglobal-market-report

Du, Y., Fan, G., Yu, T., Hansen, N., Geng, L., & Huang, X. (2016). Laminated Ti-Al composites: processing, structure and strength. et al. Materials Science & Engineering A, 673, 572–580. https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.07.108

Prikhodko, S.V., Ivasishin, O.M., Markovsky, P.E., Savvakin, D.G., & Stasiuk, O.O. (2020). Titanium Armor with Gradient Structure: Advanced Technology for Fabrication. Advanced Technologies for Security Applications. NATO Science for Peace and Security Series B:

Physics and Biophysics (p. 127–140). Leuven, Belgium. https://doi.org/10.1007/978-94-024-2021-0_13

Crouch, I. G. (Ed.). (2017). The Science of Armour Materials. Elsevier. 715 p. https://doi.org/10.1016/c2014-0-03472-7

Qi, Z., Xiao, H., Yu, C., Xu, P., Wu, Z., & Zhao, Y. (2019). Preparation, microstructure and mechanical properties of CP-Ti/AA6061-Al laminated composites by differential temperature rolling with induction heating. Journal of Manufacturing Processes, 44, 133–144. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2019.05.053

Konieczny, M. (2018). Mechanical properties of laminated CuAl10Fe3Mn2 aluminum bronze - Intermetallics composites. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 461, 012042. https://doi.org/10.1088/1757-899X/461/1/012042

Wang, P., Chen, Z., Huang, H., Lin, J., Li, B., & Liu, Q. (2021). Fabrication of Ti/Al/Mg laminated composites by hot roll bonding and their microstructures and mechanical properties. Chinese Journal of Aeronautics, 34(8), 192–201. https://doi.org/10.1016/j.cja.2020.08.044

Mo, T., Xiao, H., Lin, B., Li, W., & Ma, K. (2022). The influence of interface effect on the microstructure and mechanical behavior of tri-metal Ti/Al/Cu laminated metal composites. Journal of Materials Research and Technology, 19, 520–531. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.05.052

Wang, Y., Du, J., & Xiao, H. (2023). Interfacial evolution and coordinated deformation mechanism of Ti/Al laminated metal composites prepared by diffusion bonding. Journal of Materials Research and Technology, 27, 4541–4551.

Smirnova, Y. O. (2023). Creation of foundations of manufacturing technologies of layered metal-ceramic composite materials with increased physical and mechanical characteristics. [PhD Thesis, Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute].

Brown, J. R. (1999). Foseco Non-Ferrous Foundryman’s Handbook. Elsevier. 296 p. https://doi.org/10.1016/b978-0-7506-4286-6.x5000-1

Nagpal, P.K., Kumar, S., Panwar, R.S., Sharma, J.D., Singla, N., & Mahla, S.K. (2022). Effect of in-situ tribo-oxide-layer on the non-lubricated tribological behaviours of LM27/SiCp composites. Tribology – Materials, Surfaces & Interfaces, 16(3), 267–280. https://doi.org/10.1080/1751

2022.2058797

Smirnova, Y., Huriia, I., & Loboda, P. (2021). Liquid phase fabrication technology of layered Ti/Al composite. U.P.B. Scientific bulletin, Series B: Chemistry and Materials Science, 83(4), 273–282.

Smirnova, Y. O., & Huriia, I. M. (2022). Microstructure and mechanical properties of layered cast VT-6/Al composite. Metal and Casting of Ukraine, 30(1), 84–90. https://doi.org/10.15407/steelcast2022.01.084 [in Ukrainian]

Smirnova, Y. O., Loboda, P. I., Huriia, I. M., & Borts, B. V. (2025). Influence of rolling on the structure and properties of layered Ti–Al composite materials manufactured by aluminium melt infiltration. Physicochemical Mechanics of Materials, 61(1), 005–012. https://doi.org/10.15407/pcmm2025.01.005 [in Ukrainian]

Sripathy, A. P., & Gupta, M. (2021). Insight Into Layered Metal Matrix Composites. Encyclopedia of Materials: Composites, 1, 121–139. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819724-0.00021-5

Lesuer, D. R., Syn, C. K., Sherby, O. D., Wadsworth, J., Lewandowski, J. J., & Hunt, W. H. Jr. (1996). Mechanical behaviour of laminated metal composites. et al. International Materials Reviews, 41(5), 169–197. https://doi.org/10.1179/imr.1996.41.5.169