Дослідження кінетики окислення титану за температури вище поліморфного перетворення
DOI:
https://doi.org/10.15587/2706-5448.2021.237250Ключові слова:
дифузія кисню в титані, високотемпературне окиснення титану, кінетика переміщення міжфазних границьАнотація
Об’єктом досліджень є аналітичний опис явищ у приповерхневому шарі, що зумовлені взаємодією титану з киснем за високих температур. Це температури, що перевищують поліморфне перетворення металу. Високотемпературне окиснення надає титановим виробам унікальних експлуатаційних властивостей. Звісно, що такі характеристики визначаються, насамперед, станом приповерхневого шару. Тому розуміння процесів окиснення дозволить передбачати стан приповерхневого шару після термообробки. Однак на сьогодні не створено єдиного підходу щодо опису механізму та кінетики високотемпературного окиснення титану саме приповерхневого шару. Адже, більшість існуючих підходів дають можливість прогнозувати характер окиснення в об’ємі металу. У деяких наукових роботах описано кінетику окиснення, беручи до уваги лише утворення та ріст оксидних шарів. Однак, одночасно з оксидоутворенням формується і дифузійна зона, що суттєво впливає на кінетику. Тому на сьогодні одним з найбільш проблемних місць високотемпературного окиснення титану є опис процесів, що відбувається у приповерхневому шарі.
У роботі для опису кінетики високотемпературного окиснення титану, окрім формування та росту оксидного шару враховано формування та ріст дифузійної зони. В останній, під дією структурно-фазових перетворень, формуються тверді розчини кисню в альфа- та бета-фазах. Такий підхід дозволив врахувати додаткові фактори і тим самим більш точно описати процеси високотемпературного окиснення титану. В результаті проведених розрахунків наведено товщини оксидного шару дифузійної зони залежно від концентрації кисню та тривалості обробки. А також наведено залежності кінетики переміщення границі оксидно-дифузійного шару та розроблено систему рівнянь для розрахунку співвідношення сформованих фазових складових. Завдяки запропонованому аналітичному підходу можна буде на основі температурно-часових показників та концентрації кисню розраховувати розміри міжфазних границь і тим самим формувати зміцнений приповерхневий шар з певними функціональними властивостями.
Посилання
- Lutjering, G., Williams, J. C. (2007). Titanium. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 442. doi: http://doi.org/10.1007/978-3-540-73036-1
- Moiseyev, V. N. (2006). Titanium Alloys. Russian aircraft and aerospace applications. London-New York-Singapore: Taylor & Francis Group, 207.
- Hideki, F., Kazuhiro, T., Yoshito, Y. (2003). Application of titanium and its alloys for automobile parts. Nippon Steel Technical Report, 88, 70–75.
- Dong, H., Li, X. Y. (2000). Oxygen boost diffusion for the deep-case hardening of titanium alloys. Materials Science and Engineering: A, 280 (2), 303–310. doi: http://doi.org/10.1016/s0921-5093(99)00697-8
- Guleryuz, H., Cimenoglu, H. (2005). Surface modification of a Ti–6Al–4V alloy by thermal oxidation. Surface and Coatings Technology, 192 (2-3), 164–170. doi: http://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.05.018
- Ebrahimi, A. R., Zarei, F., Khosroshahi, R. A. (2008). Effect of thermal oxidation process on fatigue behavior of Ti-4Al-2V alloy. Surface and Coatings Technology, 203 (3-4), 199–203. doi: http://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2008.08.038
- Pohrelyuk, I. M., Sheykin, S. E., Dub, S. M., Mamalis, A. G., Rostotskii, I. Y., Tkachuk, O. V., Lavrys, S. M. (2016). Increasing of functionality of c.p. titanium/UHMWPE tribo-pairs by thermodiffusion nitriding of titanium component. Biotribology, 7, 38–45. doi: http://doi.org/10.1016/j.biotri.2016.08.002
- Yaskiv, O. I. (2008). Surface hardening of titanium by noncontact thermodiffusion carbonitriding. Materials Science, 44 (5), 659–664. doi: http://doi.org/10.1007/s11003-009-9135-1
- Malinov, S., Zhecheva, A., Sha, W. (2003). Modelling the nitriding in titanium alloys. ASM International: Materials Park, 344–352.
- Fedirko, V. M., Luk’yanenko, O. H., Trush, V. S. (2014). Influence of the Diffusion Saturation with Oxygen on the Durability and Long-Term Static Strength of Titanium Alloys. Materials Science, 50 (3), 415–420. doi: http://doi.org/10.1007/s11003-014-9735-2
- Oshida, Y. (2007). Bioscience and bioengineering of titanium materials. Elsevier, 430. doi: http://doi.org/10.1016/b978-0-08-045142-8.x5000-2
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Vasyl Trush, Alexander Luk’yanenko, Viktor Fedirko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
