Wear and Friction Coefficient of Particle Reinforced Ti-Alloys

• Published in: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 2004-10, Vol.35 (10-11), p.741-749
• Main Authors: Poletti, C., Merstallinger, A., Schubert, Th, Marketz, W., Degischer, H.P.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: metal/matrix composite; Metallmatrix; powder metallurgy; Pulvermetallurgie; SiC; Ti alloy; Ti-Legierung; TiC; Verbundwerkstoff; Verschleiß; wear resistance
• ISSN: 0933-5137; 1521-4052
• DOI: 10.1002/mawe.200400818

Particulate Reinforced Titanium matrix composites (PRTi) exhibit some improved specific mechanical properties in comparison with those of unreinforced titanium alloys as a result of the combination of the high strength and stiffness of ceramic particles with the toughness and damage tolerance provided by the metal matrix. The poor tribological properties of the titanium exclude titanium alloys from applications where wear resistance is required (brakes, rotating parts, sliding parts). The addition of ceramic particles improves the tribological properties of metals sensitive to adhesive and /or abrasive wear significantly. In this work, the wear resistance and the friction coefficient of Ti6Al‐6V‐2Sn reinforced with TiC particles and Ti6Al‐4V reinforced with SiC particles (prototype material) are compared with the unreinforced alloys. Pin on disc and pin on ring tests were carried out against standard steel (100Cr6) as a function of pressure, speed and temperature. The results show generally a higher friction coefficient and wear resistance for the PRTi than for the unreinforced alloys. The microstructures of the pins, discs and rings were analysed using light optical microscopy and scanning electron microscopy including EDX micro‐analysis in order to conclude on the dominating wear mechanism. Reibung und Verschleiß von teilchenverstärkten Ti‐Legierungen Teilchenverstärkte Titanlegierungen versprechen gewisse Verbesserungen der auf die Masse bezogenen, mechanischen Kennwerte gegenüber den unverstärkten Matrixlegierungen durch die Kombination der hochfesten, steifen Keramikteilchen mit der zähen, schädigungstoleranten Metallmatrix. Die tribologischen Eigenschaften von Titanlegierungen verhindern weitgehend deren Einsatz bei Verschleißbeanspruchung (Bremsen, linear oder rotierend gleitende Teile). Die Zugabe von Keramikteilchen verbessert die Verschleißbeständigkeit sowohl bei adhäsiven als auch bei abrasiven Reibbedingungen. Die Verschleißbeständigkeit und die Reibungskoeffizienten von pulvermetallurgisch hergestelltem Ti‐6Al‐6V‐2Sn (Ti622) wird mit den tribologischen Eigenschaften von teilchenverstärkten Varianten Ti622/TiC/10‐20p und Ti64/SiC/15p verglichen. Ergebnisse von Stift/Scheibe‐ und Stift/Ring‐Prüfungen gegenüber Kugellagerstahl 100Cr6 werden in Abhängigkeit der Pressung und von Gleitgeschwindigkeit beschrieben. Im Allgemeinen wird durch die TiC Teilchen sowohl der Reibungskoeffizient als auch die Verschleißbeständigkeit erhöht. Die Gefüge der Sti