Физические основы формирования in situ композиционных материалов с металлической матрицей на основе титановых сплавов методом фрикционной перемешивающей обработки

Объектом исследования являются композиционные материалы на основе титанового сплава ВТ1-0, модифицированные порошками меди, никеля, циркония и вольфрама при фрикционной перемешивающей обработки. Композиционные материалы получали фрикционной перемешивающей обработкой инструментом из никелевого жаропрочного сплава ЖС6у на поверхности титанового сплава ВТ1-0 с введением в процессе обработки порошковых частиц состава Cu-Ni-Zr, Cu-Ni-Zr-W и др. Обработку осуществляли путем проведения от 1 до 4 проходов инструментом для получения однородной структуры композитов. Параметры процесса обработки подбирали на основе ранее полученных данных эмпирическим путем с корректировкой при многопроходной обработке. Цель работы в 2024 году – получить композиционные материалы с интерметаллидным упрочнением на основе титана и порошковых частиц состава Cu-Ni-Zr, Cu-Ni-Zr-W. В рамках выполнения проекта в 2024 году был получен ряд важнейших результатов. Макроструктура многокомпонентных композитов системы Ti-Cu-Ni-Zr-W и Ti-Cu-Ni-Zr получается достаточно однородной после четырех проходов инструментом вдоль линии обработки. Для многокомпонентных образцов наиболее обогащенной является подплечевая зона перемешивания. На микро- или мезоуровне структура представлена достаточно неоднородной. При обработке происходит образование потоков металла по контуру инструмента, течение которых в пластифицированном виде определяет формирование зоны перемешивания. Взаимодействие материала и инструмента приводит к образованию в зоне перемешивания интерметаллидных фаз двух типов, которые могут быть четко отделены друг от друга по данным химического анализа. Основные интерметаллидные фазы, формируемые при обработке образцов Ti-Cu-Ni-Zr-W и Ti-Cu-Ni-Zr содержат медь или цирконий. Фазы, формируемые при контакте с инструментом помимо никеля, содержат хром и кобальт. Различные свойства касательно взаимной растворимости порошковых частиц, входящих в состав упрочняющих смесей, между собой и с титановой матрицей приводят к неравномерному их растворению при высокой температуре в зоне обработки и последующему перераспределению в процессе охлаждения материала.