Investigation of the structure of Ti-40Nb powder alloy obtained by mechanical activation

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Powder alloys obtained by mechanical activation are widely used in different fields. One of these fields is additive technology. The resulting material for such purpose should have a size distribution of 10…50 µm, nearly spherical particles shape and phase composition close to the composition of the alloy obtained by melting. The powder Ti-Nb alloy is consisted of Ti and Nb powders mixture with weight ratio of 60:40 respectively, grinded in a planetary ball mill AGO-2C in argon atmosphere. The structure and phase composition of obtained powder alloy are defined by mechanical activation time and the presence of protective gas environment. The size of formed particles increases up to average value of 66 µm at activation time increasing from 3 to 20 minutes and it decreases twice at activation time of 25 minutes. The shape of particles changes from scaly to pellet. The quantity of total solid solution of Ti and Nb components increases in the alloy with increasing the activation time. The β-single phase alloy is identified by x-ray at activation time of 20 minutes. Plastic deformation is accompanied by relaxation processes of diffusion type and occurs during mechanical activation. The process of agglomeration begins to predominate over the process of destruction. As a result, the average size of resulting powder particles increases with increasing the treatment time and sticking of powder material to the vial walls is observed. The balancing of agglomeration and destruction process occurs at activation time of 25 minutes. This leads to the average size of obtained particles decreasing. Significant increment of accumulated strain energy creates conditions for abnormal mass transfer of components atoms into the crystal lattice of each other. Also it creates conditions for the formation of monophase alloy, which consists of a total solid solution of β-TiNb. This solid solution exists in a range of concentrations. It is necessary to investigate ratio of technological parameters of mechanical activation, granulometric and phase composition of resulting powder in case when investigated powder is used in the process of selective laser melting.

About the authors

Zh. G Kovalevskaya

National Research Tomsk Polytechnic University; Institute of Strength Physics and Materials Science Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Email: zhanna_kovalevskaya@mail.ru
30, Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation; 2/4, pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation

Yu. P Sharkeev

Institute of Strength Physics and Materials Science Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; National Research Tomsk Polytechnic University

Email: sharkeev@ispms.tsc.ru
2/4, pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation; 30, Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation

M. A Korchagin

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; National Research Tomsk State University

Email: korchag@solid.nsc.ru
18, Kutateladze st., Novosibirsk, 630128, Russian Federation; 36, Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation

M. A Khimich

National Research Tomsk State University; Institute of Strength Physics and Materials Science Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Email: khimich@ispms.tsc.ru
36, Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation; 2/4, pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation

E. A Ibragimov

Yurga Technical Institute of Tomsk Polytechnic University

Email: egor83@list.ru
26, Leningradskaya st., Yurga, 652055, Russian Federation

A. A Saprykin

Yurga Technical Institute of Tomsk Polytechnic University

Email: sapraa@tpu.ru
26, Leningradskaya st., Yurga, 652055, Russian Federation

V. A Bataev

Novosibirsk State Technical University

Email: bataev@adm.nstu.ru
20, Prospekt K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

References

  1. Зленко М.А., Попович А.А., Мутылина И.Н. Аддитивные технологии в машиностроении. - СПб.: Изд-во политехн. ун-та, 2013. - 222 с.
  2. Saprykin A.A., Ibragimov E.A., Yakovlev V.I. Influence of mechanical activation of powder on SLS process // Applied Mechanics and Materials. - 2014. - Vol. 682. - P. 143-147. - doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMM.682.143' target='_blank'>www.scientific.net/AMM.682.143.
  3. Mechanical alloying of β-type Ti-Nb for biomedical applications / K. Zhuravleva, S. Scudino, M.S. Khoshkhoo, A. Gebert, M. Calin, L. Schultz // Advanced Engineering Materials. - 2013. - Vol. 15, no. 4. - P. 262-268. - doi: 10.1002/adem.201200117.
  4. Suryanarayana C. Mechanical alloying and milling // Progress in materials science. - 2001. - Vol. 46, iss. 1-2. - P. 1-184.
  5. Механическое легирование / Ю.В. Кузьмич, И.Т. Колесникова, В.И. Серба, Б.М. Фрейдин. - М: Наука, 2005. - 213 с. - ISBN 5-02-033726-9.
  6. Maweja K., Phasha M., Berg N. van der. Microstructure and crystal structure of an equimolar Mg-Ti alloy processed by simoloyer high-energy ball mill // Powder Technology. - 2010. - Vol. 199, iss. 3. - P. 256-263. - doi: 10.1016/j.powtec.2010.01.014.
  7. Rhosroshahi R.A., Ahmadi N.P., Samadzaden S. Effect of silicon on nanostructure TiAl(γ) formation kinetic via mechanical alloying method // Journal of Applied Sciences. - 2008. - Vol. 8, iss. 20. - P. 3727-3732.
  8. Parametric optimization of Ti-Ni powder mixtures produced by mechanical alloying / F. Nevesa, F.M. Braz Fernandes, I. Martinsb, J.B. Correiab // Journal of Alloys and Compounds. - 2011. - Vol. 509. - P. 271-274. - doi: 10.1016/j.jallcom.2010.11.036.
  9. Structural evaluation of mechanically alloyed Ti-Nb powders / Y.A. Giffoni, E.C.T. Ramos, H.R.Z. Sandim, M.T.T. Pacheco, G. Silva, A.S. Ramos // Materials Science Forum. - 2008. - Vol. 591-593. - P. 141-146. - doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/MSF.591-593.141' target='_blank'>www.scientific.net/MSF.591-593.141.
  10. Preparation of Nb40Ti powders by high-energy milling / Y.A. Giffoni, E.C.T. Ramos, A.S. Ramos, H.R.Z. Sandim, M.T.T. Pacheco, G. Silva // Materials Science Forum. - 2005. - Vol. 498-499. - P. 146-151. - doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/MSF.498-499.146' target='_blank'>www.scientific.net/MSF.498-499.146.
  11. А. с. 975068 (СССР). Планетарная мельница / Е.Г. Аввакумов, А.Р. Поткин, О.И. Самарин. - № 3310409/29-43; опубл. 23.11.82, Бюл. № 43.
  12. High temperature synthesis of single-phase Ti3Al intermetallic compound in mechanically activated powder mixture / V.Y. Filimonov, M.A. Korchagin, N.Z. Lyakhov, I.A. Dietenberg, A.N. Tyumentsev // Powder Technology. - 2013. - Vol. 235. - P. 606-613. - doi: 10.1016/j.powtec.2012.11.022.
  13. Особенности структурно-фазовых переходов в механоактивированной порошковой смеси 3Ti+Al при высокотемпературном синтезе в условиях нагрева высокочастотными электромагнитными полями / В.Ю. Филимонов, А.А. Ситников, М.В. Логинова, А.З. Негодяев, В.И. Яковлев, Д.В. Шрейфер // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. - 2015. - Т. 12, № 1. - С.16-25.
  14. Денисов К.И., Дитенберг И.А. Комплексное изучение параметров микроструктуры и свойств порошка Nb в зависимости от интенсивности деформационного воздействия в планетарной шаровой мельнице // Известия вузов. Физика. - 2010. - Т. 53, № 11/3. - С. 46-49.
  15. Peculiarities of the formation of high-defect states in mechanocomposites and powders of niobium and aluminum under severe deformation in planetary ball mills / I.A. Ditenberg, A.N. Tyumentsev, K.I. Denisov, M.A. Korchagin // Physical Mesomechanics. - 2013. - Vol. 16, N 1. - P. 84-92.
  16. Особенности микроструктуры и упрочнения Nb после механической активации и последующей консолидации кручением под давлением / И.А. Дитенберг, К.И. Денисов, А.Н. Тюменцев, М.А. Корчагин, А.В. Корзников // Известия вузов. Физика. - 2014. - Т. 57, № 7. - С. 68-75.
  17. Исследование строения и фазового состава порошков Ti и Nb после механической активации / Ю.П. Шаркеев, Ж.Г. Ковалевская, М.А. Химич, Е.А. Ибрагимов, А.А. Сапрыкин, В.И. Яковлев, В.А. Батаев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2016. - № 1 (70). - С. 42-51.
  18. Шишковский И.В. Лазерный синтез функционально-градиентных мезоструктур и объемных изделий. - М.: Физматлит, 2009. - 421 с. - ISBN 978-5-9221-1122-5.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».