Influence of rolling and heat treatment on the structure and properties of the coatings fabricated on the titanium substrates by electron beam cladding

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The influence of rolling and annealing on the structure and properties of VT1-0 titanium with cladded tantalum-containing coatings is estimated. It was found that electron beam treatment contributes to the formation of coatings characterized by the presence of dendritic segregation which is not neutralized by subsequent technological processes. However, the structural investigations revealed that annealing of the rolled material induces transformation of the quenched needlelike structure to the stable one, which is represented by equlaxial grains and lamination. A microhardness level of titanium surface layers after electron beam treatment increased from 165 to 385 HV. Rolling and annealing had no significant effect on the hardness of cladded layers, but they had an impact on hardness of the titanium substrate. Ultimate tensile strength of titanium workpieces after electron beam treatment was approximately equal to tensile strength of commercially pure (cp) titanium (about 420 MPa). Rolling of the composites led to workhardening of the titanium plate and increase of strength up to 610 MPa which was subsequently reduced to about 450 MPa by annealing. Plasticity of investigated materials was lower than plasticity of cp-titanium after all kinds of treatment. Electron beam cladding also induced decreasing the titanium impact strength level to 55 J/cm 2, which decreased to a greater extent (to 40 J/cm 2) after rolling. However, subsequent annealing eliminated the negative effect of technological processes on impact strength of the material and contributed to its increase up to approximately 100 J/cm 2.

About the authors

V. V Samoylenko

Novosibirsk State Technical University

Email: samoylenko.vitaliy@mail.ru
20, K. Marks prospect, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

D. V Lazurenko

Novosibirsk State Technical University

Email: pavlyukova_87@mail.ru
20, K. Marks prospect, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

I. A Polyakov

Novosibirsk State Technical University

Email: status9@mail.ru
20, K. Marks prospect, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

A. A Ruktuev

Novosibirsk State Technical University

Email: alex47@211.ru
20, K. Marks prospect, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

O. G Lenivtseva

Novosibirsk State Technical University

Email: lenivtseva_olga@mail.ru
20, K. Marks prospect, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

V. S Lozhkin

Novosibirsk State Technical University

Email: logkaa@mail.ru
20, K. Marks prospect, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

References

  1. Talbot D., Talbot J. Corrosion science and technology. - Boca Raton, Florida: CRC Press, 1998. - 390 p. - ISBN 0-8493-8224-6.
  2. Corrosion: vol. 1: Metal/Environment Reactions / ed. by L.L. Shreir, R.A. Jarman, G.T. Burstein. - 3rd ed. - London: Butterworth-Heinemann, 2000. - 1432 p. - ISBN 0-7506-1077-8.
  3. The corrosion handbook / ed. by H.H. Uhlig. - New York: John Wiley & Sons, 1948. - 1188 p.
  4. Raj B., Mudali U.K. Materials development and corrosion problems in nuclear fuel reprocessing plants // Progress in Nuclear Energy. - 2006. - Vol. 48, iss. 4. - P. 283-313. - doi: 10.1016/j.pnucene.2005.07.001.
  5. De Souza K.A., Robin A. Influence of concentration and temperature on the corrosion behavior of titanium, titanium-20 and 40 % tantalum alloys and tantalum in sulfuric acid solutions // Materials Chemistry and Physics. - 2007. - Vol. 103, iss. 2-3. - P. 351-360. - doi: 10.1016/j.matchemphys.2007.02.026.
  6. Structure of the oxide film on Ti-6Ta alloy after immersion test in8 mol/L boiling nitric acid medium / D. Guo, Y. Yang, J. Wu, B. Zhao, H. Zhao, H. Su, Y. Lu // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. - 2013. - Vol. 189. - P. 122-126. - doi: 10.1016/j.elspec.2013.08.013.
  7. Corrosion resistance and biocompatibility of Ti-Ta alloys for biomedical applications / Y.L. Zhou, M. Niinomi, T. Akahori, H. Fukui, H. Toda // Materials Science and Engineering: A. - 2005. - Vol. 398, iss. 1-2. - P. 28-36. - doi: 10.1016/j.msea.2005.03.032.
  8. Effect of heat treatment on the corrosion behavior of Ti-5Ta-1.8Nb alloy in boiling concentrated nitric acid / A.R. Shankar, R.K. Dayal, R. Balasubramaniam, V.R. Raju, R. Mythili, S. Saroja, M. Vijayalakshmi, V.S. Raghunathan // Journal of Nuclear Materials. - 2008. - Vol. 372, iss. 2-3. - P. 277-284. - doi: 10.1016/j.jnucmat.2007.03.216.
  9. Effect of metal ions in a heated nitric acid solution on the corrosion behavior of a titanium-5% tantalum alloy in the hot acid condensate / Y. Sano, M. Takeuchi, Y. Nakajima, H. Hirano, G. Uchiyama, Y. Nojima, S. Fujine, S. Matsumoto // Journal of Nuclear Materials. - 2013. - Vol. 432, iss. 1-3. - P. 475-481. - doi: 10.1016/j.jnucmat.2012.08.009.
  10. Gamma-ray irradiation effect on corrosion rates of stainless steel, Ti and Ti-5Ta in boiling 9N nitric acid / T. Yamamoto, S. Tsukui, S. Okamoto, T. Nagai, M. Takeuchi, S. Takeda, Y. Tanaka // Journal of Nuclear Materials. - 1996. - Vol. 228, iss. 2. - P. 162-167. - doi: 10.1016/S0022-3115(95)00227-8.
  11. De Souza K.A., Robin A. Preparation and characterization of Ti-Ta alloys for application in corrosive media // Materials Letters. - 2003. - Vol. 57, iss. 20. - P. 3010-3016. - doi: 10.1016/S0167-577X(02)01422-2.
  12. Atmospheric electron-beam surface alloying of titanium with tantalum / M.G. Golkovski, I.A. Bataev, A.A. Bataev, A.A. Ruktuev, T.V. Zhuravina, N.K. Kuksanov, R.A. Salimov, V.A. Bataev // Materials Science and Engineering: A. - 2013. - Vol. 578. - P. 310-317. - doi: 10.1016/j.msea.2013.04.103.
  13. Non-vacuum electron-beam boriding of low-carbon steel / I.A. Bataev, A.A. Bataev, M.G. Golkovsky, A.Yu. Teplykh, V.G. Burov, S.V. Veselov // Surface and Coatings Technology. - 2012. - Vol. 207. - P. 245-253. - doi: 10.1016/j.surfcoat.2012.06.081.
  14. Титан и его сплавы в химическом машиностроении / Б.А. Галицкий, М.М. Абелев, Г.Л. Шварц, Б.Н. Шевелкин. - М.: Машиностроение, 1968. - 340 с.
  15. Структурные исследования покрытий системы «титан-тантал», полученных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки / И.А. Батаев, Т.В. Журавина, А.А. Руктуев, О.Г. Ленивцева, Ю.Н. Ромашова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2012. - № 3 (56). - С. 56-59.
  16. Многослойная электронно-лучевая наплавка танталсодержащих порошковых смесей на заготовки из титана ВТ1-0 / М.Г. Голковский, В.В. Самойленко, А.И. Попелюх, А.А. Руктуев, Н.В. Плотникова, Н.С. Белоусова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2013. - № 4 (61). - С. 43-48.
  17. Голованенко С.А., Меандров Л.В. Производство биметаллов. - М.: Металлургия, 1966. - 153 с.
  18. Microstructure and mechanical properties of Ti-40 Wt Pct Ta (Ti-15 At. Pct Ta) / J.D. Cotton, J.F. Bingert, P.S. Dunn, R.A. Patterson // Metallurgucal and Materials Transactions A. - 1994. - Vol. 25, iss. 3. - P. 461-472. - doi: 10.1007/BF02651588.
  19. Вневакуумная электронно-лучевая наплавка порошков системы титан-тантал-ниобий на титан ВТ1-0 / Т.В. Журавина, И.А. Батаев, А.А. Руктуев, А.П. Алхимов, О.Г. Ленивцева, О.А. Бутыленкова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2012. - № 1 (54). - С. 90-95.

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».