ЦИКЛИЧЕСКАЯ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ6, ПОЛУЧЕННОГО АДДИТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИЕЙ ХОЛОДНОГО ПЕРЕНОСА МЕТАЛЛА

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В работе представлены результаты экспериментального исследования циклической долговечности титанового сплава ВТ6, полученного при аддитивном производстве проволочно-дуговой наплавкой с использованием метода холодного переноса металла. Данная технология аддитивного производства используется для наплавки крупногабаритных изделий в Лаборатории методов создания и проектирования систем “материал-технология-конструкция” ПНИПУ. Качество полученной заготовки подтверждено результатами химического анализа, микроструктурного исследования и результатами статических испытаний при растяжении. Из наплавленной пластины были вырезаны образцы в продольном и поперечном направлениях по отношению к плоскости формирования слоев. Экспериментальные исследования мало- и многоцикловой усталости проводились на базе Центра экспериментальной механики ПНИПУ с использованием испытательного оборудования фирмы Instron. По результатам испытаний получены зависимости циклической долговечности от уровня прикладываемых напряжений. Отмечено, что направление вырезки образцов из наплавленного фрагмента значительно сказывается на характеристиках сопротивления мало- и многоцикловой усталости аддитивного титанового сплава ВТ6. Сделан вывод о наличии значительной анизотропии циклических свойств, которую нужно учитывать при проектировании и производстве изделий из аддитивных материалов.

Об авторах

А. В Ильиных

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: ilinih@yandex.ru

А. М Паньков

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: ilinih@yandex.ru

А. В Лыкова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: ilinih@yandex.ru

Г. Л Пермяков

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: ilinih@yandex.ru

М. Ю Симонов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: ilinih@yandex.ru

Д. Н Трушников

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: ilinih@yandex.ru

Список литературы

  1. Zhao B., Wang H., Qiao N., Wang C., Hu M. Corrosion resistance characteristics of a Ti-6Al-4V alloy scaffold that is fabricated by electron beam melting and selective laser melting for implantation in vivo // Mater. Sci. Eng. C. 2017. V. 70. P. 832–841. https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.07.045
  2. Blakey-Milner B., Gradl P., Snedden G., Brooks M., Pitot J., Lopez E. et al. Metal additive manufacturing in aerospace: A review // Mater. Des. 2021. V. 209. 110008. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110008
  3. Gorelik M. Additive manufacturing in the context of structural integrity // Int. J. Fatigue. 2017. V. 94. Part 2. P.168–177. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2016.07.005
  4. Manzhirov A.V., Parshi, D.A. Influence of the erection regime on the stress state of a viscoelastic arched structure erected by an additive technology under the force of gravity // Mech. Solids. 2015. V. 50. P. 657–675. https://doi.org/10.3103/S0025654415060072
  5. Manzhirov A.V., Parshin D.A. Application of prestressed structural elements in the erection of heavy viscoelastic arched structures with the use of an additive technology // Mech. Solids. 2016. V. 51. P. 692–700. https://doi.org/10.3103/S0025654416060091
  6. Пескова А.В., Сухов Д.И., Мазалов П.Б. Исследование формирования структуры материала титанового сплава ВТ6, полученного методами аддитивных технологий // Авиац. материалы и технологии. 2020. № 1. С. 38–44. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2020-0-1-38-44
  7. Butt, M.M., Laieghi, H., Kvvssn, V. et al. Fatigue performance in additively manufactured metal alloys // Prog. Addit. Manuf. 2024. https://doi.org/10.1007/s40964-024-00738-2
  8. Черемнов А.М., Гурьянов Д.А., Чумаевский А.В., Кобзев А.Е., Рубцов В.Е. Закономерности образования дефектов и неоднородностей структуры при фрикционной перемешивающей обработке изделий из титанового сплава, полученных методом проволочной электронно-лучевой аддитивной технологии // Вестник СибГИУ. 2024. № 1. С. 58–68. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2024-1(47)-58-6
  9. Акулова С.Н., Мышкина А.В., Варушкин С.В., Неулыбин С.Д., Кривоносова Е.А., Щицын Ю.Д., Ольшанская Т.В. О влиянии схем плазменной наплавки на формирование структуры и свойств титанового сплава // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2021. Т. 23. № 3. С. 75–83. https://doi.org/10.15593/2224-9877/2021.3.09
  10. Баяндин Ю.В., Дудин Д.С., Ильиных А.В., Пермяков Г.Л., Чудинов В.В., Келлер И.Э., Трушников Д.Н. Характеристики прочности и пластичности ряда металлических сплавов и нержавеющих сталей, созданных проволочно-дуговой наплавкой, в широком диапазоне скоростей деформаций // Вестник ПНИПУ. Механика. 2023. № 1. С. 33–45. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2023.1.04
  11. Панин П.В., Лукина Е.А., Наприенко С.А., Алексеев Е.Б. Влияние термической обработки на структуру и свойства TiAl-сплава системы Ti-Al-V-Nb-Cr-Gd, синтезированного методом селективного электронно-лучевого сплавления // Физ. мезомех. 2023. Т. 26. № 6. С. 61–74. https://doi.org/10.55652/1683-805X_2023_26_6_61
  12. Liu H., Yu H., Guo C., Chen X., Zhong S., Zhou L., Osman A., Lu J. Review on fatigue of additive manufactured metallic alloys: microstructure, performance, enhancement, and assessment methods // Adv. Mater. 2023. V. 36. № 17. 2306570. https://doi.org/10.1002/adma.202306570
  13. Волков И.А., Коротких Ю.Г. Моделирование процессов усталостной долговечности материалов и конструкций при малоцикловом нагружении // Изв. РАН. МТТ. 2014. № 3. С. 66–78.
  14. Zhang, P., He, A.N., Liu, F., Zhang, K., Jiang, J., Zhang, D.Z. Evaluation of low cycle fatigue performance of selective laser melted titanium alloy Ti–6Al–4V // Metals. 2019. V. 9. № 10. 1041. https://doi.org/10.3390/met9101041
  15. Bressan, S., Ogawa, F., Itoh, T., Berto, F. Low cycle fatigue behavior of additively manufactured Ti-6Al-4V under non-proportional and proportional loading // Frattura ed Integrità Strutturale. 2019. V. 13. № 48. P. 18–25. https://doi.org/10.3221/IGF-ESIS.48.03
  16. Fatemi A., Molaei R., Sharifimehr S., Shamsaei N., Phan N. Torsional fatigue behavior of wrought and additive manufactured Ti-6Al-4V by powder bed fusion including surface finish effect // Int. J. Fatigue. 2017. V. 99. P. 187–201. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2017.03.002
  17. Cao F., Zhang T., Ryder M.A. et al. A review of the fatigue properties of additively manufactured Ti-6Al-4V // JOM. 2018. V. 70. P. 349–357. https://doi.org/10.1007/s11837-017-2728-5
  18. Hassanifard S., Adibeig M.R., Hashemi S.M. Determining strain-based fatigue parameters of additively manufactured Ti–6Al–4V: effects of process parameters and loading conditions // Int J Adv Manuf Technol. 2022. V. 121. P. 8051–8063. https://doi.org/10.1007/s00170-022-09907-5
  19. Rehmer B., Bayram F., Ávila Calderón L.A. et al. Elastic modulus data for additively and conventionally manufactured variants of Ti-6Al-4V, IN718 and AISI 316 L // Sci. Data. 2023. V. 10. 474. https://doi.org/10.1038/s41597-023-02387-6
  20. Qian M., Xu W., Brandt M. et al. Additive manufacturing and postprocessing of Ti-6Al-4V for superior mechanical properties // MRS Bulletin. 2016. V. 41. P. 775–784. https://doi.org/10.1557/mrs.2016.215
  21. Колубаев Е.А., Рубцов В.Е., Чумаевский А.В., Астафурова Е.Г. Научные подходы к микро-, мезо- и макроструктурному дизайну объемных металлических и полиметаллических материалов с использованием метода электронно-лучевого аддитивного производства // Физ. мезомех. 2022. Т. 25. № 4. С. 5–18. https://doi.org/10.55652/1683-805X_2022_25_4_5
  22. Gou J., Wang Z., Hu S., Shen J., Liu Z, Yang C. et al. Effect of cold metal transfer mode on the microstructure and machinability of Ti–6Al–4V alloy fabricated by wire and arc additive manufacturing in ultra-precision machining // J. Mater. Res. Technol. 2022. V. 21. P. 1581–1594. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.10.011
  23. Mohd Mansor M.S., Raja S., Yusof F., Muhamad M.R., Manurung Y.H., Adenan M.S. et al. Integrated approach to wire arc additive manufacturing (WAAM) optimization: Harnessing the synergy of process parameters and deposition strategies // J. Mater. Res. Technol. 2024. V. 30. P. 2478–2499. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.03.170
  24. Xizhang Chen, Su, C., Wang, Y. et al. Cold Metal Transfer (CMT) Based Wire and Arc Additive Manufacture (WAAM) System // J. Surf. Investig. 2018. V. 12. P. 1278–1284. https://doi.org/10.1134/S102745101901004X
  25. Shchitsyn Y.D., Krivonosova E.A., Trushnikov D.N., Olshanskaya T.V., Kartashov M.F., Kartashov M.F., Neulybin S.D. Use of CMT-Surfacing for Additive Formation of Titanium Alloy Workpieces // Metallurg. 2020. V. 64. № 1–2. P. 67–74. https://doi.org/10.1007/s11015-020-00967-0
  26. Shchitsyn Y., Kartashev M., Krivonosova E., Olshanskaya T., Trushnikov D. Formation of structure and properties of two-phase Ti6Al-4V alloy during cold metal transfer additive deposition with interpass forging // Materials. 2021. V. 14. № 16. 4415. https://doi.org/10.3390/ma14164415
  27. Trushnikov D.N., Kartashev M.F., Olshanskaya T.V., Mindibaev M.R., Shchitsyn Y.D., Saucedo-Zendejo F.R. Improving VT6 titanium-alloy components produced by multilayer surfacing // Russ. Eng. Res. 2021. V. 41. P. 848–850. https://doi.org/10.3103/S1068798X21090264
  28. Utyaganova V.R., Vorontsov A.V., Eliseev A.A., Osipovich K.S., Kalashnikov K.N., Savchenko N.L. et al. Structure and phase composition of Ti–6Al–4V alloy obtained by electron-beam additive manufacturing / // Russ. Phys. 2019. V. 62. № 8. P. 1461–1468. https://doi.org/10.1007/s11182-019-01864-z
  29. Ходинев И.А., Горбовец М.А., Монин С.А., Рыжков П.В. Исследование характеристик малоцикловой усталости жаропрочного деформируемого сплава ВЖ175 // Труды ВИАМ. 2022. № 1. С. 97–110. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2022-0-1-97-110
  30. Ильиных А.В., Паньков А.М., Лыкова А.В., Пермяков Г.Л. Экспериментальное исследование циклической долговечности аддитивного титанового сплава ВТ6 в условиях концентрации напряжений // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2023. № 75. С. 120–132. https://doi.org/10.15593/2224- 9982/2023.75.10

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».