Influence of welding and heat treatment on microstructure and mechanical properties of titanium alloys for marine applications

dc.contributor.advisor
dc.contributor.authorKyrylakha Svitlana V.
dc.date.accessioned2026-10-12T12:36:08Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractWelding of high-strength titanium alloys, particularly Ti-6Al-4V, poses significant challenges in marine engineering and shipbuilding due to the formation of heterogeneous microstructures and anisotropic mechanical properties. This study investigates the combined effects of welding energy, welding speed, and post-weld heat treatment (PWHT) on the microstructural evolution and mechanical performance of Ti-6Al-4V welds. Cross-sectional metallography, scanning electron microscopy (SEM), and stress–strain analysis were used to evaluate the weld zone, heat-affected zone, and base metal, as well as for quantitative assessment of yield strength, plasticity, and strain distribution. Results indicate that high welding energy and rapid cooling promote coarse martensitic α′ formation in the fusion zone, increasing initial strength but reducing ductility. PWHT transforms α′ into lamellar α+β, narrows the heataffected zone, and enhances microstructural uniformity. Mechanical testing results demonstrate that the solution-treated and aged (STA) condition provides a balanced combination of strength (~925–960 MPa) and ductility, with elongation increasing by 20–30% compared to the as-welded samples. Welding speed primarily determines initial microstructural features, whereas PWHT governs plasticity recovery and fatigue resistance. The study provides the first integrative analysis linking welding parameters, PWHT, microstructural evolution, and mechanical performance in Ti-6Al-4V for marine applications. The findings offer practical guidance for optimizing welding and heat treatment to ensure reliable strength, ductility, and service life of titanium components in shipbuilding and offshore structures. Future research should focus on fatigue behaviour, residual stress management, and integration with additive manufacturing techniques to enhance microstructural control in welded titanium assemblies.
dc.description.abstractengЗварювання високоміцних титанових сплавів, зокрема Ti-6Al-4V, становить значні труднощі в морській інженерії та суднобудуванні через формування гетерогенних мікроструктур та анізотропних механічних властивостей. У дослідженні проаналізовано комбінований вплив енергіїзварювання, швидкості зварювання та термічної обробки після зварювання (PWHT)на мікроструктурну еволюціютамеханічнуповедінкуTi-6Al-4Vзварних з’єднань.Використовувалися металографічний аналіз поперечного перерізу, скануюча електронна мікроскопія (SEM) та аналіз напружень і деформацій для оцінки зони зварювання, зони термічного впливу та основного металу, а також кількісної оцінки межі текучості, пластичності та розподілу деформацій. Результати показують, що висока енергія зварювання та швидке охолодження сприяють утворенню грубих мартенситних α′ у зоні зварювання,що підвищує початковуміцність, але знижує пластичність. PWHTтрансформує α′ у ламелярну структуруα+β, звужує зону термічного впливу та підвищує мікроструктурну однорідність. Механічні випробування свідчать, що стан розчинного відпалутастаріння(STA) забезпечує збалансоване поєднання міцності (~925–960 МПа) і пластичності, при цьому відносне подовження зростає на 20–30% порівняно зізварними зразками без термічної обробки. Швидкість зварювання визначає початкові мікроструктурні особливості, тоді як PWHT регулює відновлення пластичності та стійкість до втоми. Дослідження надає перший інтегративний аналіз взаємозв’язку параметрів зварювання, PWHT, мікроструктурної еволюції та механічної поведінки Ti-6Al-4V для морських застосувань. Отримані результати пропонують практичні рекомендації щодо оптимізації зварювання та термічної обробки для забезпечення надійної міцності, пластичності та довговічності титанових компонентів у суднобудуванні та нафтогазових морських конструкціях. Подальші дослідження повинні зосередитися на поведінці при втомі, керуванні залишковими напруженнями та інтеграції технологій адитивного виробництва для покращення контролю мікроструктури зварних титанів.
dc.identifier.citationKyrylakha, S. V. Influence of welding and heat treatment on microstructure and mechanical properties of titanium alloys for marine applications = Вплив параметрів зварювання та термічної обробки на мікроструктуру та механічні властивості титанових сплавів для морських застосувань / S. V. Kyrylakha // Shipbuilding & Marine Infrastructure. – 2026. – № 1 (22). – С. 17–24.
dc.identifier.govdochttps://doi.org/10.15589/smi2026.1(22).02
dc.identifier.issn2409-3858 (Print)
dc.identifier.issn2519-1845 (Online)
dc.identifier.urihttps://eir.nuos.edu.ua/handle/123456789/13809
dc.language.isoen
dc.relation.ispartofseries669.715:621.791:620.178:629.5
dc.subjectTi-6Al-4V
dc.subjectweldingparameters
dc.subjectpost-weldheattreatment
dc.subjectmicrostructure
dc.subjectmechanical properties
dc.subjectprocess optimization
dc.subjectα′→α+β transformation
dc.subjectfusion zone
dc.subjectheat-affected zone
dc.subjectпараметри зварювання
dc.subjectпіслязварювальна термічна обробка
dc.subjectмікроструктура
dc.subjectмеханічні властивості
dc.subjectоптимізація процесу
dc.subjectперетворення α′→α+β
dc.subjectзона зварного шва
dc.subjectзона термічного впливу
dc.titleInfluence of welding and heat treatment on microstructure and mechanical properties of titanium alloys for marine applications
dc.title.alternativeВплив параметрів зварювання та термічної обробки на мікроструктуру та механічні властивості титанових сплавів для морських застосувань
dc.typeСтаття

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
Kyrylakha.pdf
Size:
455.57 KB
Format:
Adobe Portable Document Format