Features of the welded seam material crystallization in Ti-TiB alloy under electron-beam welding conditions

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorLoboda, Petro
dc.contributor.authorZvorykin, Volodymyr
dc.contributor.authorZvorykin, Constantine
dc.contributor.authorVrzhyzhevskyi, Eduard
dc.contributor.authorTaranova, Tatjana
dc.contributor.authorKostin, Valery
dc.contributor.authorZvorykin, Leonid
dc.date.accessioned2023-05-10T08:42:56Z
dc.date.available2023-05-10T08:42:56Z
dc.date.issued2023
dc.description.abstractNatural metal composite materials represent a promising class of modern structural materials that need to be welded. Such materials can be welded by fusion, as has been established with the Ti-TiB alloy as an example. The enhanced operational properties of such materials are determined by the microstructure, which is characterized by the presence of microfibers of borides, carbides, or silicides in the metal matrix. To preserve the mechanical properties of materials in a welded joint, it is necessary to ensure the formation of reinforcing microfibers in the welded seam material. Determination of formation mechanism of boride microfibers, originated in the welded seam material, will become the basis for optimizing of fusion welding modes, in particular, electron beam welding mode. The purpose of this study is the determination of formation mechanism of boride microfibers originated in the welded seam material. Two most probable variants of the formation mechanism are analyzed, which involve eutectic decomposition during crystallization from a liquid melt or eutectoid decomposition from a metastable crystallized alloy. The third version is a mixed variant of the two above-mentioned mechanisms. In the article the results of metallographic analysis of features of boride phase distribution and an analysis of elemental composition of boride fibers based on local Auger electron spectroscopy are presented. The object of study was a Ti-TiB alloy joint obtained by electron-beam welding. The analysis factors were the features of size, orientation, and nature of the distribution of boride phase microfibers in different areas of the welded seam. The characteristic elemental composition of boride microfibers, which characterizes the correspondence to equilibrium phases, is also studied. The degree of deviation of the ratio of boron and titanium in such a phase from the thermodynamically equilibrium in different layers of the material of the welded seam, formed by an electron beam in vacuum, is determined. The dependence of boride phase distribution under various conditions of heat exchange in the welded seam material on the side surfaces and in the central regions is established. It is shown that some of boride microfibers formed in the material of the welded seam are characterized by a deviation from the thermodynamically stable composition ТіВn (n = 1) to ТіВn (n = 0.85). The dendritic nature of boride microfibers distribution and the presence of meta-stable phase formations on Ti and B basis provide the grounds for proposing the predominant mechanism for the formation of structure of the welded seam material in the Ti-TiB alloy during crystallization. An analysis of hypothetical variants of the formation mechanism of boride microfibers originated in the welded seam material showed that the formation of a dendritic type of structure is characteristic for the growth of crystals of a new phase in the liquid phase. Such growth is characterized by the formation of equilibrium phases. The presence of a significant amount of non-equilibrium boride phase in the welded seam indicates the residue of non-equilibrium boron in the titanium matrix and continuation of growing of boride fibers in the crystallized welded seam. A determined mechanism for formation of boride microfibers originated in the welded seam material is eutectic decomposition during crystallization from a liquid melt with the formation of TiB microfibers and further growth of such crystals due to eutectoid decomposition from a metastable crystallized Ti-TiB alloy. The results obtained make it possible to understand the mechanism of formation of a welded seam in welded natural-composite metal materials, which permits to develop the recommendations for optimizing the welding technology for such materials.uk
dc.description.abstractotherПриродні металеві композиційні матеріали є перспективним класом сучасних конструкційних матеріалів, які необхідно зварювати. Такі матеріали можна зварювати плавленням, що було встановлено на прикладі сплаву Ті-ТіВ. Підвищені експлуатаційні властивості таких матеріалів визначає їхня мікроструктура, що характеризується наявністю мікроволокон боридів, карбідів або силіцидів у металевій матриці. Для збереження механічних властивостей матеріалів у зварному з’єднанні необхідно забезпечити формування армуючих мікроволокон у матеріалі зварного щва. Визначення механізму формування боридних мікроволокон, що утворюються в матеріалі зварного шва, стане основою для оптимізації режимів зварювання плавленням, зокрема електронно-променевим зварюванням. Метою цього дослідження було визначення механізму формування боридних мікроволокон, що утворюються в матеріалі зварного шва. Аналізуються два найбільш вірогідні варіанти механізму формування, які передбачають евтектичний розпад під час кристалізації з рідкого розплаву або евтектоїдний розпад із метастабільного закристалізованого сплаву. Третьою версією був змішаний варіант двох вищевказаних механізмів. У роботі наведені результати металографічного аналізу особливостей розподілу боридної фази та аналізу елементного складу боридних волокон на основі локальної Оже-електронної спектроскопії. Об’єктом дослідження було з’єднання зі сплаву Ті-ТіВ, отримане електронно-променевим зварюванням. Факторами аналізу були особливості розмірів, орієнтації та характеру розподілу мікроволокон боридної фази у різних його областях зварного шва. Також досліджувався характерний елементний склад боридних мікроволокон, який характеризував відповідність рівноважним фазам. Визначено ступінь відхилення співвідношення бору та титану у такій фазі від термодинамічно рівноважного у різних шарах матеріалу зварного шва, сформованого електронним променем у вакуумі. Встановлено залежність розподілу боридної фази у різних умовах теплового обміну матеріалу зварного шва на бокових поверхнях та у центральних областях. Показано, що для частини боридних мікроволокон, що утворюються в матеріалі зварного шва, характерне відхилення від термодинамічно стабільного складу ТіВn (n = 1) до ТіВn (n = 0,85). Дендритоподібний характер розподілу боридних мікроволокон та наявність метастабільних фазових утворень на основі Ті та В надав підстави для пропозиції щодо переважаючого механізму формування структури матеріалу зварного шва у сплаві Ti-TiB у процесі кристалізації. Аналіз гіпотетичних варіантів механізму формування боридних мікроволокон, які утворюються в матеріалі зварного шва, показав, що утворення дендритного виду структури характерно для росту кристалів нової фази у рідкій фазі. Для такого росту характерно формування рівноважних фаз. Наявність у зварному шві значної кількості нерівноважної боридної фази свідчить про залишок у титановій матриці нерівноважного бору та подовження росту боридних волокон в закристалізованому зварному шві. Визначеним механізмом формування боридних мікроволокон, які утворюються в матеріалі зварного шва, є евтектичний розпад під час кристалізації з рідкого розплаву із формуванням мікроволокна ТіВ та подальший рост таких кристалів за рахунок евтектоїдного розпаду із метастабільного закристалізованого сплаву Ті-ТіВ. Отримані результати дають можливість розуміти механізм формування зварного шва в зварюваних природно-композиційних металевих матеріалах, що дозволяє розробляти рекомендації щодо оптимізації технології зварювання таких матеріалів.uk
dc.format.pagerangePp. 24-30uk
dc.identifier.citationTaking into account a location of aircraft’s center of mass during motion cuing / Loboda Petro, Zvorykin Volodymyr, Zvorykin Constantine, Vrzhyzhevskyi Eduard, Taranova Tatjana, Kostin Valery, Zvorykin Leonid // Mechanics and Advanced Technologies. – 2023. – No. 1. – С. 24-30. – Бібліогр.: 23 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2521-1943.2023.7.1.277544
dc.identifier.orcid0000-0003-3373-3289uk
dc.identifier.orcid0000-0002-2617-7731uk
dc.identifier.orcid0000-0002-7437-6583uk
dc.identifier.orcid0000-0001-8651-8510uk
dc.identifier.orcid0000-0002-2677-4667uk
dc.identifier.orcid0000-0001-6951-6564uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/55492
dc.language.isoenuk
dc.publisherIgor Sikorsky Kyiv Polytechnic Instituteuk
dc.publisher.placeKyivuk
dc.relation.ispartofMechanics and Advanced Technologies, Vol. 7, No. 1uk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjecttitanium alloysuk
dc.subjecttitanium borideuk
dc.subjectmicro-structureuk
dc.subjectmechanical propertiesuk
dc.subjectwelded jointuk
dc.subjectelectron-beam weldinguk
dc.subjectheat treatmentuk
dc.subjectтитанові металиuk
dc.subjectборид титануuk
dc.subjectмікроструктураuk
dc.subjectмеханічні властивостіuk
dc.subjectзварне з'єднанняuk
dc.subjectелектроннопроменеве зварюванняuk
dc.subjectтермічне обробленняuk
dc.subject.udc621.791uk
dc.titleFeatures of the welded seam material crystallization in Ti-TiB alloy under electron-beam welding conditionsuk
dc.title.alternativeОсобливості кристалізації матеріалу зварного шва у сплаві Ті-ТіВ в умовах електронно-променевого зварюванняuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
277544-639738-1-10-20230421.pdf
Розмір:
2.68 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.1 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Mechanics and Advanced Technologies, Vol. 7, No. 1(97)