Воздействие электронного луча при имитации электронно-лучевой сварки на микроструктуру и микротвердость образцов титанового сплава Ti–6Al–4V, полученных методами проволочной электронно-лучевой аддитивной технологии и селективного лазерного сплавления

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Методами рентгеноструктурного анализа, оптической металлографии и просвечивающей электронной микроскопии исследованы микроструктура и фазовый состав образцов сплава Ti–6Al–4V, полученных методами проволочной электронно-лучевой аддитивной технологии (ЭЛАТ) и селективного лазерного cплавления (СЛС), после воздействия электронным лучом, имитирующим электронно-лучевую сварку. Установлено, что в зоне воздействия электронного луча в СЛС-образцах в отличие от ЭЛАТ-образцов происходит увеличение поперечных размеров анизотропных первичных β-зерен и пластин α/α′-фазы, а также образование субмикрокристаллических зерен α-фазы и нанокристаллической α′-фазы внутри пластин α/α′-фазы. Разный характер изменения микроструктуры и, соответственно, микротвердости в зоне сварного шва и зоне термического влияния по сравнению с основным металлом обусловлен разной скоростью охлаждения ванны расплава в зонах шва ЭЛАТ- и СЛС-образцов. В СЛС-образце скорость охлаждения ванны расплава меньше, чем в ЭЛАТ образце. Это обусловлено тем, что из-за более мелкодисперсной игольчатой α′-мартенситной структуры теплопроводность в основном металле СЛС-образца меньше, чем в основном металле ЭЛАТ-образца.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. Б. Перевалова

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: perevalova52@mail.ru
Россия, Томск, 634055

А. В. Панин

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

Email: perevalova52@mail.ru
Россия, Томск, 634055; Томск, 634050

М. С. Казаченок

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН

Email: perevalova52@mail.ru
Россия, Томск, 634055

С. А. Мартынов

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН

Email: perevalova52@mail.ru
Россия, Томск, 634055

Список литературы

  1. Глазунов С.Г., Моисеев В.Н. Конструкционные титановые сплавы. М.: Металлургия, 1974. 368с.
  2. Akula S.P., Ojha M., Rao K.L., Gupta A.K. A review on superplastic forming of Ti-6Al-4V and other titanium alloys // Mater. Today Comm. 2023. V. 34. P. 105343.
  3. Zhang T., Liu Ch.-T. Design of titanium alloys by additive manufacturing: A critical review // Adv. Powder Mater. 2022. V. 1. P. 100014.
  4. Rae W., Lomas Z., Jackson M., Rahimi S. Measurements of residual stress and microstructural evolution in electron beam welded Ti-6Al-4V using multiple techniques // Mater. Characterization. 2017. V. 132. P. 10–19.
  5. Wang S., Wu X. Investigation on the microstructure and mechanical properties of Ti-6Al-4V alloy joins with electron beam welding // Mater. Design. 2012. V. 36. P. 663–670.
  6. Tsai C.J., Wang L.M. Improved mechanical properties of the Ti-6Al-4V alloy by electron beam welding process plus annealing treatments and its microstructural evolution // Mater. Design. 2014. V. 60. P. 587–598.
  7. Xu M., Chen Y., Zhang T., Xie J., Wang S., Yin L. Microstructure evolution and mechanical properties of wrought/wire arc additive manufactured Ti-6Al-4V joints by electron beam welding // Mater. Characterization. 2022. V. 190. P. 112090.
  8. Panin A.V., Kazachenok M.S., Panin S.V., Berto F. Scale levels of quasi-static and dynamic fracture behavior of Ti-6Al-4V parts built by various additive manufacturing methods // Theoret. Appl. Fracture Mechan. 2020. V. 110. P. 102781.
  9. Панин А.В., Казаченок М.С., Круковский К.В., Казанцева Л.А., Мартынов С.А. Сравнительный анализ микроструктуры сварных соединений образцов Ti-6Al-4V, полученных прокаткой и методом проволочной электронно-лучевой аддитивной технологии // Физическая мезомех. 2023. Т. 26. № 4. С. 64–78.
  10. Перевалова О.Б., Панин А.В., Казаченок М.С. Влияние охлаждения подложки на микроструктуру и фазовый состав изделий из титанового сплава Ti-6Al-4V, полученных методами аддитивных технологий // Журнал технич. физики. 2020. Т. 90. Вып. 3. С. 410–418.
  11. 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-manufacted Ti-6Al-4V // Metals. 2021. V. 11. P. 1742–1757.
  12. Боянгин Е.Н., Перевалова О.Б., Панин А.В., Мартынов С.А. Влияние электронно-лучевой сварки на микроструктуру и микротвердость 3D-напечатанных изделий из титанового сплава Ti-6Al-4V // ФММ. 2021. Т. 122. № 2. С. 152–158.
  13. Kazantseva N., Krakhmalev P., Thuvander M., Yadroitsev I., Vinogradova N., Ezhov I. Martensitic transformations in Ti-6Al-4V (ELI) alloy manufactured by 3D printing // Mater. Characterization. 2018. V. 146. P. 101–112.
  14. Xu W., Lui E.W., Pateras A., Qian M., Brandt M. In situ tailoring microstructure in additively manufactured Ti-6Al-4V for superior mechanical performance // Acta Mater. 2017. V. 125. P. 390–400.
  15. Горелик C.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. М.: Металлургия, 1970. 328 c.
  16. Gao Yu-kui. Surface modification of TC4 titanium alloy by high current pulsed electron beam (HCPEB) with different pulsed energy densities // J. Alloys Compounds. 2013. V. 572. P. 180–185.
  17. Zhang X.D., Zou J.X., Weber S., Hao S.Z., Dong C., Grosdider T. Microstructure and property modifications in a near α-Ti alloy induced by pulsed electron beam surface treatment // Surf. Coat. Technol. 2011. V. 206. P. 295–304.
  18. Broderick T.F., Jackson A.G., Jones H., Froes F.H. The effect of cooling conditions on the microstructure of rapidly solidified Ti-6Al-4V // Metal. Trans. A. 1985. V. 16A. P. 1951–1959.
  19. Li Z., Zhao S., Wang B., Cui S., Chen R., Valiev R.Z., Meyers M.A. The effects of ultra-fine-grained structure and cryogenic temperature on adiabatic shear localization in titanium // Acta Materi. 2019. V. 181. P. 408–422.
  20. Kazantseva N.V., Krakhmalev P.V., Yadroitsava I.A., Yadroitsev I.A. Laser additive 3D printing of titanium alloys: current status, problems, trends // Phys. Met. Metal. 2021. V. 122. № 1. P. 6–25.
  21. Прядко Т.В. Особенности гидрирования сплавов системы Ti–V // Металлофизика. Новейшие технологии. 2015. Т. 37. № 2. С. 243–255.
  22. Davis R., Flower H.M., West D.R.F. Martensitic transformations in Ti-Mo alloys // J. Mater. Sci. 1979. V. 14. P. 712–722.
  23. Козлов Э.В., Попов Л.Е. Дислокации, антифазные границы и пластическая деформация упорядоченных сплавов // Изв. Вузов. Физика. 1967. № 10. С. 102–111.
  24. Garcia-Gonzalez M., van Petegem S., Baluc N., Dupraz M., Honkimaki V., Lalire F., van Swygenhoven H. Influence of thermo-mechanical history on the kinetics in 18 carat Au alloys // Acta Mater. 2020. V. 191. P. 186–197.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Оптические изображения структуры имитированных сварных швов в поперечных сечениях образцов, полученных с использованием ЭЛАТ (а) и технологии СЛС (б).

Скачать (27KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Оптические изображения микроструктуры первичных β-зерен в зонах СШ (а), ЗТВ (б) и ОМ (в) в образце сплава Ti–6Al–4V, полученного с использованием ЭЛАТ.

Скачать (51KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Оптические изображения микроструктуры первичных β-зерен в зонах СШ (а), ЗТВ (б) и ОМ (в) в образце сплава Ti–6Al–4V, полученного с использованием технологии СЛС.

Скачать (55KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Светлопольные электронно-микроскопические изображения микроструктуры в зонах ОМ (а) и СШ (б) в СЛС-образце.

Скачать (20KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Электронно-микроскопические изображения микроструктуры СЛС-образца в зоне СШ: а — светлое поле, б — микродифракция, в — темное поле в рефлексе 003 оси зоны [110] α″, г — темное поле в совпадающих рефлексах 111 оси зоны [110] α″ и 101 α.

Скачать (26KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Распределения микротвердости в поперечных сечениях образцов сплава Ti–6Al–4V, полученных с использованием ЭЛАТ (1) и СЛС (2).

Скачать (21KB)
Метаданные