Оценка влияния тепловых параметров на процесс электронно-лучевой печати титанового сплава ВТ6

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. В настоящее время для создания ответственных изделий из титановых сплавов, таких как шар-баллоны высокого давления для ракетных двигателей, используются в основном традиционные методы получения, в том числе изотермическая штамповка/формование полусфер из заготовок титановых сплавов с последующей сваркой. В основном такие методики являются сложными многостадийными процессами, в связи с чем производство титановых шар-баллонов может занимать очень продолжительное время и влечет за собой большие материальные затраты. Рассматриваемая в данной работе технология проволочного электронно-лучевого аддитивного производства успела зарекомендовать себя в мировом научном и промышленном сообществе как технология, позволяющая повысить производительность процесса изготовления различных металлических деталей, а также сократить затраты материала за счет минимизации механических обработок. Однако несмотря на большой ряд преимуществ данной технологии, технологические особенности процесса, включающие геометрические параметры печатаемой детали, такие как форма и высота конструкции, угол наклона стенок конструкции от плоскости печати и другие, оказывают существенное влияние на формируемую структуру. Это связано с тем, что тепловые параметры процесса для разных конфигураций печатаемого изделия будут оказывать разное влияние на формирование структуры. В связи с этим целью данной работы является проведение анализа влияния тепловых параметров на процесс печати изделий из титанового сплава ВТ6 методом электронно-лучевого аддитивного производства, чтобы выявить закономерности формирования структуры и свойств материала при различных параметрах процесса. Результаты и обсуждение. Проведенные исследования показали, что при различных комбинациях параметров процесса электронно-лучевой 3D-печати титановым сплавом ВТ6 происходит незначительное изменение макроструктуры полученных образцов. Однако за счет разных тепловложений и скоростей кристаллизации наблюдаются различия в микроструктуре и, следовательно, в механических свойствах. Значения предела прочности и предела текучести для полученных образцов варьируются в пределах от 851 и 796 МПа до 676 и 574МПа соответственно.

Об авторах

К. Н. Калашников

Email: kkn@ispms.tsc.ru
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, Томск, 634055, Россия, kkn@ispms.tsc.ru

Д. А. Гурьянов

Email: desa-93@mail.ru
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, Томск, 634055, Россия, desa-93@mail.ru

А. П. Зыкова

Email: zykovaap@mail.ru
канд. физ.-мат. наук, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, Томск, 634055, Россия, zykovaap@mail.ru

С. В. Фортуна

Email: s_fortuna@mail.ru
канд. техн. наук, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, Томск, 634055, Россия, s_fortuna@mail.ru

Список литературы

  1. Additive manufacturing (3D printing): a review of materials, methods, applications and challenges / T.D. Ngo, A. Kashani, G. Imbalzano, K.T.Q. Nguyen, D. Hui // Composites Part B: Engineering. – 2018. – Vol. 143. – P. 172–196. – doi: 10.1016/j.compositesb.2018.02.012.
  2. Additive manufacturing of metallic components – process, structure and properties / T. DebRoy, H.L. Wei, J.S. Zuback, T. Mukherjee, J.W. Elmer, J.O. Milewski, A.M. Beese, A. Wilson-Heid, A. De, W. Zhang // Progress in Materials Science. – 2018. – Vol. 92. – P. 112–224. – doi: 10.1016/j.pmatsci.2017.10.001.
  3. Scientific, technological and economic issues in metal printing and their solutions / T. DebRoy, T. Mukherjee, J.O. Milewski, J.W. Elmer, B. Ribic, J.J. Blecher, W. Zhang // Nature Materials. – 2019. – Vol. 18, iss. 10. – P. 1026–1032. – doi: 10.1038/s41563-019-0408-2.
  4. Additive manufacturing for aerospace flight applications / A.A. Shapiro, J.P. Borgonia, Q.N. Chen, R.P. Dillon, B. McEnerney, R. Polit-Casillas, L. Soloway // Journal of Spacecraft and Rockets. – 2016. – Vol. 53, iss. 5. – P. 952–959. – doi: 10.2514/1.A33544.
  5. Structural heredity of the aluminum alloy obtained by the additive method and modified under severe thermomechanical action on its final structure and properties / T.A. Kalashnikova, A.V. Chumaevskii, V.E. Rubtsov, K.N. Kalashnikov, E.A. Kolubaev, A.A. Eliseev // Russian Physics Journal. – 2020. – Vol. 62, iss. 9. – P. 1565–1572. – doi: 10.1007/s11182-020-01877-z.
  6. Mower T.M., Long M.J. Mechanical behavior of additive manufactured, powder-bed laser-fused materials // Materials Science and Engineering: A. – 2018. – Vol. 651. – P. 198–213. – doi: 10.1016/j.msea.2015.10.068.
  7. Processing of Al-Sc aluminum alloy using SLM technology / D. Koutny, D. Skulina, L. Pantelejev, D. Paloušek, B. Lenczowski, F. Palm, A. Nick // Procedia CIRP. – 2018. – Vol. 74. – P. 44–48. – doi: 10.1016/j.procir.2018.08.027.
  8. Cordova L., Campos M., Tinga T. Revealing the effects of powder reuse for selective laser melting by powder characterization // JOM. – 2019. – Vol. 71, iss. 3. – P. 1062–1072. – doi: 10.1007/s11837-018-3305-2.
  9. Microstructural evolution and chemical corrosion of electron beam wire-feed additively manufactured AISI 304 stainless steel / S.Y. Tarasov, A.V. Filippov, N.N. Shamarin, S.V. Fortuna, G.G. Maier, E.A. Kolubaev // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – Vol. 803. – P. 364–370. – doi: 10.1016/j.jallcom.2019.06.246.
  10. The features of structure formation in chromium-nickel steel manufactured by a wire-feed electron beam additive process / A.V. Kolubaev, S.Y. Tarasov, A.V. Filippov, Y.A. Denisova, E.A. Kolubaev, A.I. Potekaev // Russian Physics Journal. – 2018. – Vol. 61, iss. 8. – P. 1491–1498. – doi: 10.1007/s11182-018-1561-9.
  11. Basak A., Das S. Microstructure of nickel-base superalloy MAR-M247 additively manufactured through scanning laser epitaxy (SLE) // Journal of Alloys and Compounds. – 2017. – Vol. 705. – P. 806–816. – doi: 10.1016/j.jallcom.2017.02.013.
  12. Ramakrishnan A., Dinda G.P. Direct laser metal deposition of Inconel 738 // Materials Science and Engineering: A. – 2019. – Vol. 740–741. – P. 1–13. – doi: 10.1016/j.msea.2018.10.020.
  13. Brandl E., Schoberth A., Leyens C. Morphology, microstructure, and hardness of titanium (Ti-6Al-4V) blocks deposited by wire-feed additive layer manufacturing (ALM) // Materials Science & Engineering: A. – 2012. – Vol. 532 (Complete). – P. 295–307. – doi: 10.1016/j.msea.2011.10.095.
  14. Thermal and microstructural analysis of laser-based directed energy deposition for Ti-6Al-4V and Inconel 625 deposits / F. Lia, J.Z. Park, J.S. Keist, S. Joshi, R.P. Martukanitz // Materials Science and Engineering: A. – 2018. – Vol. 717. – P. 1–10. – doi: 10.1016/j.msea.2018.01.060.
  15. Gockel J., Beuth J., Taminger K. Integrated control of solidification microstructure and melt pool dimensions in electron beam wire feed additive manufacturing of Ti-6Al-4V // Additive Manufacturing. – 2014. – Vol. 1–4. – P. 119–126. – doi: 10.1016/j.addma.2014.09.004.
  16. Influence of successive thermal cycling on microstructure evolution of EBM-manufactured alloy 718 in track-by-track and layer-by-layer design / P. Karimi, E. Sadeghi, P. Åkerfeldt, J. Ålgårdh, J. Andersson // Materials & Design. – 2018. – Vol. 160. – P. 427–441. – doi: 10.1016/j.matdes.2018.09.038.
  17. Mechanical behavior of differently oriented electron beam melting Ti–6Al–4V components using digital image correlation / E. Arrieta, M. Haque, J. Mireles, C. Stewart, C. Carrasco, R.B. Wicker // Journal of Engineering Materials and Technology. – 2018. – Vol. 141, iss. 1. – doi: 10.1115/1.4040553.
  18. Grain morphology evolution and texture characterization of wire and arc additive manufactured Ti-6Al-4V / J. Wang, X. Lin, J. Wang, H. Yang, Y. Zhou, C. Wang, Q. Li, W. Huang // Journal of Alloys and Compounds. – 2018. – Vol. 768. – P. 97–113. – doi: 10.1016/j.jallcom.2018.07.235.
  19. Predicting tensile properties of Ti-6Al-4V produced via directed energy deposition / B.J. Hayes, B.W. Martin, B. Welk, S.J. Kuhr, T.K. Ales, D.A. Brice, I. Ghamarian, A.H. Baker, C.V. Haden, D.G. Harlow, H.L. Fraser, P.C. Collins // Acta Materialia. – 2017. – Vol. 133. – P. 120–133. – doi: 10.1016/j.actamat.2017.05.025.
  20. The effect of wire feed geometry on electron beam freeform 3D printing of complex-shaped samples from Ti-6Al-4V alloy / K.N. Kalashnikov, V.E. Rubtsov, N.L. Savchenko, T.A. Kalashnikova, K.S. Osipovich, A.A. Eliseev, A.V. Chumaevskii // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 105, iss. 7–8. – P. 3147–3156. – doi: 10.1007/s00170-019-04589-y.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».