Свойства композита из ультрамелкозернистой титановой матрицы и непрерывного борного волокна
DOI:
https://doi.org/10.54708/26587572_2026_832614Ключевые слова:
металломатричный композит, непрерывное волокно, ультрамелкозернистая структура, титановый сплав, прочность на трехточечный изгиб, ударная прочность на изгиб, трещина, расслоение композитаАннотация
В данной работе представлена ультрамелкозернистая структура фольги из сплава Ti-Al-V. Эта структура была сформирована в результате комбинированной обработки, включающей многократную ковку с изменяющимися осями деформации заготовки при постепенном охлаждении от 800 до 650 °C и последующую изотермическую прокатку при 550 °C. На основе анализа температурных и скоростных условий сверхпластичности сплава Ti-Al-V в ультрамелкозернистом состоянии методом вакуумного прессования при 650 °C был получен многослойный металломатричный композит. Композит состоит из чередующихся слоев титановой фольги толщиной 0,2 мм и непрерывного высокопрочного борного волокна диаметром 140 мкм. Режим сверхпластичности при прессовании обеспечил равномерное заполнение матричного материала между волокнами и высококачественное сцепление слоев фольги в полученном композите. Механические и динамические свойства полученного металломатричного композита были изучены при комнатной температуре при трехточечном изгибе. Фрактографический анализ разрушений образцов после испытаний показал, что достигнутое увеличение прочности и ударной вязкости обусловлено формированием однородного ультрамелкозернистого состояния в матричном материале и высокой прочностью волокон, которые перераспределяют напряжения и изменяют траекторию трещины.Библиографические ссылки
Rohan S., Mishra A.K. Mechanical Properties of Metal Matrix Composites: Short Review // Materials and its Characterization. 1(2), 102–106 (2022). doi.org/10.46632/mc/1/2/6.
Zhang X.Q., Wang H.W., Liao L.H., et al. The mechanical properties of magnesium matrix composites reinforced with (TiB2þTiC) ceramic particles // Materials Letters. 59, 2105–2109 (2005).
Rahman K.M., Vorontsov V.A., Flitcroft S.M., Dye D. A high strength Ti–SiC metal matrix composite // Advanced Engineering Materials. 19(7), 1700027 (2017). doi.org/10.1002/adem.201700027.
Li J., Wang F., Zhang Y., Wang M. Microstructure and mechanical properties of magnesium matrix composite reinforced with magnesium borate whisker // Journal of Composite Materials. 46(24), 3011–3016 (2012). doi: 10.1177/0021998311434971.
Pietrak K., Wisniewski T. S. A review of models for effective thermal conductivity of composite materials // Journal of Power Technologies. 95(1), 14–24 (2015).
Bansal S.A., Khanna V., Gupta P. Metal matrix composites: properties and applications (Vol. 2), 1st ed. Boca Raton Florida, 2022. doi.org/10.1201/9781003194910 (Eds.).
Pooja K., Tarannum N., Chaudhary P. Metal matrix composites: revolutionary materials for shaping the future // Discover Materials. 5, 35 (2025). doi.org/10.1007/s43939-025-00226-6.
Reddy M.P., Alsaleh N., Ataya S., Gopal K.R., Mohamed A.M.A. Recent advances in fabrication and performance of metal matrix composites (MMCs): A comprehensive review // Journal of Materials Research and Technology. 39, 8076–8097 (2025). doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.11.138.
Valueva M.I., Evdokimov A.A., Nacharkina A.V., Gubin A.M. Polymer composite materials and technologies in the automotive industry (review) // Proceedings of VIAM. 1(107), 53–65 (2022). doi: 10.18577/2307-6046-2022-0-1-53-65.
Astanin V.V., Imaeva L.A. Two stages of interfacial reaction in B-Al composite // Journal of Materials Science. 29, 3351–3357 (1994). doi.org/10.1007/bf00356684.
Astanin V.V. Imayeva L.A. // Scripta Metallurgica et Materialia. 32(9), 1495–1500 (1995). doi: 10.1016/0956-716X(95)00194-Z.
Astanin V.V., Ramazanov I.A., Enikeev N., Bobruk E.V. Low temperature superplasticity of ultrafine-grained VT6 alloy // Transactions of the Indian Institute of Metals. 78(2), 37–47 (2025).
Bobruk E.V., Astanin V.V., Ramazanov I.A., et al. Al-Mg-Mn-Zn-Zr alloy with refined grain structure to develop Al-B fiber-reinforced metal matrix composites compacted in superplastic conditions // Materials Today Communications. 37, 107527 (2023). doi: 10.1016/j.mtcomm.2023.107527.
Semenova I.P., Polyakov A.V., Polyakova V.V., et al. Mechanical behavior and impact toughness of the ultrafine-grained Grade 5 Ti alloy processed by ECAP // Materials Science and Engineering: A. 696, 166–173 (2017). doi.org/10.1016/j.msea.2017.04.073.
Semenova I., Modina Y.M., Stotskiy A.G., Polyakov A.V., Pesin M.V. Fatigue Properties of Ti Alloys with an Ultrafine Grained Structure: Challenges and Achievements // Metals. 12(2), 312 (2022). doi 10.3390/met12020312.
Zherebtsov S.V., Boeva M.A., Salishchev G.A. et al. The influence of warm rotational forging on the structure and properties of titanium alloy VT6 // Vestnik UGATU. 7(52), 30–34, 2012.
Astanin V.V., Padmanabhan K.A., Bhattacharya S.S. A model for grain boundary sliding and its relevance to optimal structural superplasticity: III. The effects of flow localization and specimen thickness on superplasticity in alloy SUPRAL 100 // Materials science and technology. 12(7), 545–550 (1996).
Patselov A.M., Gladkovskii S.V., Lavrikov R.D. et al. Fracture toughness of Ti–Al3Ti–Al–Al3Ti laminate composites under static and cyclic loading conditions // Russian Metallurgy (Metally). 2015. 811–815 (2015). doi.org/10.1134/S0036029515100110.
Galliamova R.F., Safiullin R.L., Dokichev V.A., Musin F.F. Study of carbon-aluminum composite with barrier coating on carbon fibers // Oil and Gas Business. 21(5), 182–191 (2023). doi.org/10.17122/ ngdelo-2023-5-182-191.
Astanin V.V., Bobruk E.V., Ramazanov I.A. Method for producing metal matrix composites using the effect of low-temperature superplasticity. Patent RU No. 2819775 C1.
