Изменение микроструктуры и фазового состава 3D-напечатанного сплава Ti–6Al–4V при механическом нагружении

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты in situ исследований эволюции микроструктуры и фазового состава 3D‑напечатанных образцов Ti–6Al–4V при растяжении в колонне просвечивающего электронного микроскопа. Показано, что микроструктура образцов Ti–6Al–4V, полученных методом электронно-лучевой проволочной аддитивной технологии, состоит из столбчатых первичных β-зерен, внутри которых располагаются рейки α/α'-Ti, разделенные прослойками остаточной β-фазы и собранные в пакеты. Характерной особенностью 3D-напечатанных образцов Ti–6Al–4V является концентрационная неоднородность легирующих элементов вследствие частичного распада мартенситной α'-фазы. При одноосном растяжении имеет место переориентация кристаллической решетки α/α'-Ti вблизи межфазных границ. В переориентированных областях решетки α/α'-Ti, в местах, обогащенных ванадием, могут развиваться индуцированные деформацией α' → α"-превращения.

Об авторах

А. В. Панин

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН; Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: pav@ispms.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 2/4; Россия, 634050, Томск, просп. Ленина, 30

М. С. Казаченок

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН

Email: pav@ispms.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 2/4

Л. А. Казанцева

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН; Томский государственный архитектурно-строительный университет

Email: pav@ispms.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 2/4; Россия, 634003, Томск, пл. Соляная, 2

О. Б. Перевалова

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН

Email: pav@ispms.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 2/4

С. А. Мартынов

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: pav@ispms.ru
Россия, 634055, Томск, просп. Академический, 2/4

Список литературы

  1. Sames W.J., List F.A., Pannala S., Dehoff R.R., Babu S.S. The metallurgy and processing science of metal additive manufacturing // Int. Mater. Rev. 2016. V. 61. P. 315–360.
  2. Herzog D., Seyda V., Wycisk E., Emmelmann C. Additive manufacturing of metals // Acta Mater. 2016. V. 117. P. 371–392.
  3. Murr L.E., Quinones S.A., Gaytan S.M., Lopez M.I., Rodela A., Martinez E.Y., Hernandez D.H., Martinez E., Medina F., Wicker R.B. Microstructure and mechanical behavior of Ti–6Al–4V produced by rapid-layer manufacturing, for biomedical applications // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2009. V. 2. P. 20–32.
  4. Казанцева Н.В., Крахмалев П.В., Ядройцева И.А., Ядройцев И.А. Лазерная аддитивная 3D-печать титановых сплавов: современное состояние, проблемы, тенденции // ФММ. 2021. Т. 122. № 1. С. 8–30.
  5. Jaber H., Kónya J., Kulcsár K., Kovács T. Effects of Annealing and Solution Treatments on the Microstructure and Mechanical Properties of Ti6Al4V Manufactured by Selective Laser Melting // Materials. 2022. V. 15. P. 1978.
  6. Niessen F., Pereloma E. A Review of In Situ Observations of Deformation-Induced β ↔ α" Martensite Transformations in Metastable β Ti Alloys // Adv. Eng. Mater. 2022. V. 24. P. 2200281.
  7. Duerig T.W., Albrecht J., Richter D., Fischer P. Formation and reversion of stress induced martensite in Ti–IOV–2Fe–3AI // Acta Metall. 1982. V. 30. P. 2161–2172.
  8. Yao T., Du K., Hao Y., Li S., Yang R., Ye H. In-situ observation of deformation-induced αʹʹ phase transformation in a β-titanium alloy // Mater. Lett. 2016. V. 182. P. 281–284.
  9. Chen W., Yang Sh., Lin Y.C., Shi S., Chen C., Zhang X., Zhoul K. Cyclic deformation responses in α-phase of a lamellar near β-Ti alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2020. V. 796. P. 139994.
  10. Панин А.В., Казаченок М.С., Перевалова О.Б., Синякова Е.А., Круковский К.В., Мартынов С.А. Многоуровневые механизмы деформационного поведения технического титана и сплава Ti–6Al–4V, подвергнутых обработке высокочастотными электронными пучками // Физ. мезомех. 2018. Т. 21. № 4. С. 45–56.
  11. Sinyakova E.A., Panin A.V., Perevalova O.B., Shugurov A.R., Kalashnikov M.P., Teresov A.D. The effect of phase transformations on the elastic recovery of pulsed electron beam irradiated Ti–6Al–4V titanium alloy during scratching // J. Alloys Compd. 2019. V. 795. P. 275–283.
  12. Panin A., Dmitriev A., Nikonov A., Perevalova O., Kazantseva Bakulin L., A., Kulkova S. Transformations of the microstructure and phase compositions of titanium alloys during ultrasonic impact treatment. Part II: Ti–6Al–4V Titanium Alloy // Metals. 2022. V. 12. P. 732.
  13. Sofinowski K., Šmíd M., Kuběna I., Vivès S., Casati N., Godet S., Van Swygenhoven H. In situ characterization of a high work hardening Ti–6Al–4V prepared by electron beam melting // J. Mater. Sci. 2019. V. 179. P. 224–236.
  14. Shugurov A., Panin A., Kazachenok M., Kazantseva L., Martynov S., Bakulin A., Kulkova S. Deformation behavior of wrought and EBAM Ti–6Al–4V under scratch testing // Metals. 2021. V. 11. P. 1882.
  15. Cabibbo M., Zherebtsov S., Mironov S., Salishchev G. Loss of coherency and interphase α/β angular deviation from the Burgers orientation relationship in a Ti–6Al–4V alloy compressed at 800°C // J. Mater. Sci. 2003. V. 48. P. 1100–1110.
  16. Грабский М.В. Структура границ зерен в металлах. Москва, Металлургия, 1972. 160 с.
  17. Панин А.В., Казаченок М.С., Казанцева Л.А., Мартынов С.А., Панина А.А., Лобова Т.А. Микроструктура и фазовый состав титановых сплавов ВТ1-0, ВТ6 и ВТ14, полученных методом электронно-лучевой проволочной аддитивной технологии // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2022. Т. 11. С. 63–72.
  18. Motyka M. Martensite Formation and Decomposition during Traditional and AM Processing of Two-Phase Titanium Alloys – An Overview // Metals. 2021. V. 11. P. 481.
  19. Wu S.Q., Lu Y.J., Gan Y.L., Huang T.T., Zhao C.Q., Lin J.J., Guo S., Lin J.X. Microstructural evolution and microhardness of a selective-laser-melted Ti–6Al–4V alloy after post heat treatments // J. Alloys Compd. 2016. V. 672. P. 643–652.
  20. Pushilina N., Panin A., Syrtanov M., Kashkarov E., Kudiiarov V., Perevalova O., Laptev R., Lider A., Koptyug A. Hydrogen-induced phase transformation and microstructure evolution for Ti–6Al–4V parts produced by electron beam melting // Metals. 2018. V. 8. P. 301.
  21. Panin A., Martynov S., Kazachenok M., Kazantseva L., Bakulin A., Kulkova S., Perevalova O., Sklyarova E. Effects of Water Cooling on the Microstructure of Electron Beam Additive-Manufactured Ti–6Al–4V // Metals. 2021. V. 11. P. 1742.
  22. Панин В.Е., Панин А.В., Перевалова О.Б., Шулепов И.А., Власов И.В. Влияние кривизны кристаллической решетки на иерархию масштабов деформационных дефектов и характер пластического течения металлических материалов // Физ. мезомех. 2020. Т. 23. № 4. P. 5–12.
  23. Добромыслов А.В., Талуц Н.И. Структура циркония и его сплавов // УрО РАН, Екатеринбург. 1997. 228 с.
  24. Zeng L., Bieler T.R. Effects of working, heat treatment, and aging on microstructural evolution and crystallographic texture of α, α', α" and β phases in Ti–6Al–4V wire // Mater. Sci. Eng. A. 2005. V. 392. P. 403–414.

Дополнительные файлы