Твердість зразків стопу Ti–6Al–4V (ВТ6), виготовлених 3D-друком на основі електронно-променевого топлення дроту

Б. М. Мордюк$^{1,2}$, М. О. Васильєв$^{1}$, С. М. Волошко$^{2}$, Н. І. Хріпта$^{1}$

$^{1}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^{2}$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Перемоги, 37, 03056 Київ, Україна

Отримано: 02.07.2022; остаточний варіант - 30.09.2022. Завантажити: PDF

В роботі досліджено ефект зміцнення поверхні стопу Ti–6Al–4V (ВТ6) методою ультразвукового ударного оброблення зразків, одержаних за стандартною технологією та надрукованих за адитивною технологією «xBeam 3D Metal Printing». Для визначення оптимального рівня навантаження для вимірювання мікротвердости стопу Ti–6Al–4V (ВТ6) його значення оцінювали за зміни навантаження в інтервалі 25–200 г. Орієнтаційні залежності мікротвердости 3D-надрукованого стопу Ti–6Al–4V (ВТ6) мають незначний розкид значень ($\pm$ 0,2 ГПа). Досліджено і проаналізовано зміни мікротвердости обох типів зразків залежно від тривалости ультразвукового ударного оброблення в струмені арґону. Збільшення ефекту зміцнення зразка 3D-Ti–6Al–4V (ВТ6) після оброблення (до $\sim$ 6,5–7 ГПа) порівняно з відпаленим зразком Ti–6Al–4V (ВТ6) можна пояснити зміною структурного стану, залишковими напруженнями стиснення, а також ефектом індукованого деформацією механо-хемічного окиснення поверхні. Різниця в міцності, твердості та пластичності приповерхневих шарів веде до зміни механічної поведінки, що дає потенціял для подальшого покращення захисних характеристик. Вимірювання твердости можна використовувати для прогнозування міцности 3D-Ti–6Al–4V (ВТ6) в залежності від виду адитивної технології виготовлення та зазвичай необхідної подальшої механічного або термічного оброблення.

Ключові слова: титанові стопи, адитивні технології, ультразвукове ударне оброблення, механічні характеристики.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v44/i11/1433.html

PACS: 62.40.+i, 64.70.dj, 81.20.Ev, 81.40.-z, 81.65.Kn


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. M. Srivastava, S. Rathee, S. Maheshwari, and T. K. Kundra, Additive Manufacturing: Fundamentals and Advancements (Boca Raton: CRC Press: 2019). Crossref
  2. В. В. Жуков, Г. M. Григоренко, В. A. Шаповалов, Автоматическая сварка, № 5–6: 148 (2016). Crossref
  3. P. M. Rizwan Ali, C. R. Hara Theja, S. Mahammad Syed Sheb, and C. Yuvaraj, Int. J. Res. Applied Sci. Eng. Technol., 3, No. VII: 16 (2015).
  4. D. Ding, Z. Pan, D. Cuiuri, and H. Li, Int. J. Advanc. Manufact. Technol., 81: 465 (2015). Crossref
  5. D. Herzog, V. Seyda, E. Wycisk, and C. Emmelmann, Acta Mater., 117: 371 (2016). Crossref
  6. M. Leary, Design for Additive Manufacturing (Amsterdam: Elsevier: 2020).
  7. J. Pou, A. Riveiro, and P. Davim, Additive Manufacturing (Amsterdam: Elsevier: 2021).
  8. R. Housholder, Moulding Process, Patent of USA No. 4247508 (Published January 27, 1981).
  9. D. S. Henn, Solid Freeform Fabrication System and Method, Patent of USA No. 7073561 (Published July 11, 2006).
  10. K. М. Taminger, J. K. Watson, R. А. Hafley, and D. D. Petersen, Solid Freeform Fabrication Apparatus and Methods, Patent of USA No. 7168935 (Published January 30, 2007).
  11. Д. В. Ковальчук, В. Г. Мельник, І. В. Мельник, Б. А. Тугай, Спосіб виготовлення об’ємних об’єктів і пристрій для його реалізації, Патент України № 112682 (Опубліковано 10 жовтня 2016).
  12. D. Kovalchuk, V. Melnyk, I. Melnyk, and B. Tugai, J. Elektrotechnica Elektronica (E+E), 51: 37 (2016).
  13. Д. В. Ковальчук, В. И. Мельник, И. В. Mельник, Б. А. Тугай, Автоматическая сварка, № 12: 770 (2017).
  14. Д. В. Ковальчук, Г. М. Григоренко, А. Ю. Туник, Л. И. Адеева, С. Г. Григоренко, С. Н. Степанюк, Современная электрометаллургия, № 4: 133 (2018). Crossref
  15. D. Kovalchuk, O. Ivasishin, and D. Savvakin, MATEC Web of Conferences, 321: 03014 (2020). Crossref
  16. D. Kovalchuk, V. Melnyk, I. Melnyk, D. Savvakin, O. Dekhtyar, O. Stasiuk, and P. Markovsky, J. Mater. Eng. Perform., 30: 5307 (2021). Crossref
  17. М. С. Дрозу, Ю. И. Славский, А. А. Барон, Заводская лаборатория, 44: 612 (1978).
  18. И. М. Павлов, Ю. Ф. Тарасович, Г. Г. Лешкевич, А. Е. Шелест, Заводская лаборатория, 44: 605 (1978).
  19. Yu. V. Milman, B. A. Galanov, and S. I. Chugunova, Acta Metall. Mater., 41: 2523 (1993). Crossref
  20. Yu. V. Milman, A. A. Golubenko, and S. N. Dub, Acta Mater., 59: 7480 (2011). Crossref
  21. Ю. В. Мильман, Порошковая металлургия, № 7/8: 93 (1999).
  22. Y. V. Milman, S. I. Chugunova, I. V. Goncharova, and А. А. Golubenko, Usp. Fiz. Met., 19, Iss. 3: 271 (2018). Crossref
  23. Y. V. Milman, B. M. Mordyuk, K. E. Grinkevych, S. I. Chugunova, I. V. Goncharova, A. I. Lukyanov, and D. A. Lesyk, Успехи физ. мет., 21: 554 (2020). Crossref
  24. М. А. Васильев, Г. И. Прокопенко, В. С. Филатова, Успехи физ. мет., 5: 345 (2004). Crossref
  25. М. А. Васильев, В. И. Беда, П. А. Гурин, Физиологический отклик на состояние поверхности металлических дентальных имплантатов (Львов: ГалДент: 2010).
  26. N. Chekir, Y. Tian, J. J. Sixsmith, and M. Brochu, Mater. Sci. Eng. A, 724: 376 (2018). Crossref
  27. N. Shamsaei, A. Yadollahi, L. Bian, and S. M. Thompson, Additive Manufact., 8: 12 (2015). Crossref
  28. A. Gisario, M. Kazarian, F. Martina, and M. Mehrpouya, J. Manufact. Systems, 53: 121 (2019). Crossref
  29. Г. І. Прокопенко, Б. М. Мордюк, М. О. Васильєв, С. М. Волошко, Фізичні основи ультразвукового ударного зміцнення металевих поверхонь (Київ: Наукова думка: 2017).
  30. B. N. Mordyuk and G. I. Prokopenko, Mater. Sci. Eng. А, 437: 396 (2006). Crossref
  31. M. A. Vasylyev, B. N. Mordyuk, V. P. Bevz, S. M. Voloshko, and O. B. Mordiuk, Int. J. Surf. Sci. Eng., 14: 1 (2020). Crossref
  32. М. О. Васильєв, В. С. Філатова, Л. Ф. Яценко, Д. В. Козирєв, Металлофиз. новейшие технол., 34, № 6: 821 (2012).
  33. М. О. Васильєв, Б. М. Мордюк, Г. І. Прокопенко, С. М. Волошко, Л. Ф. Яценко, Н. І. Хріпта, Металлофиз. новейшие технол., 40, № 8: 1029 (2018). Crossref
  34. Г. А. Гогоци, В. И. Галенко, Проблемы прочности, № 3: 104 (1997).
  35. J. G. Swadener, E. P. George, and G. M. Pharr, J. Mech Phys. Sol., 50: 681 (2002). Crossref
  36. М. М. Хрущов, Методы испытания на микротвердость. Приборы (Москва: Наука: 1961).
  37. Y. Pi, G. Agoda-Tandjawa, S. Potiron, C. Demangel, D. Retraint, and H. Benhayoune, J. Nanosci. Nanotechnol., 12: 4892 (2012). Crossref
  38. М. А. Васильєв, С. М. Волошко, Л. Ф. Яценко, Успехи физ. мет., 13: 1001 (2012). Crossref
  39. J. S. Zuback, and T. DebRoy, Mater., 11: 2070 (2018). Crossref
  40. B. N. Mordyuk, O. P. Karasevskaya, and G. I. Prokopenko, Mater. Sci. Eng. A, 559: 453 (2013). Crossref
  41. B. Baufeld and O. van der Biest, Sci. Technol. Adv. Mater., 10: 015008 (2009). Crossref
  42. B. Baufeld, O. van der Biest, and R. Gault, Int. J. Mat. Res., 100, Iss. 11: 1536 (2009). Crossref
  43. B. Baufeld, O. van der Biest, R. Gault, and K. Ridgway, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 26: 012001 (2011). Crossref
  44. F. Martina, J. Mehnen, S. W. Williams, P. Colegrove, and F. Wang, J. Mater. Proc. Technol., 212: 1377 (2012). Crossref
  45. B. Baufeld, E. Brandl, and O. van der Biest, J. Mater. Proc. Technol., 211: 1146 (2011). Crossref
  46. E. Brandl, A. Schoberth, and C. Leyens, Mater. Sci. Eng. A, 532: 295 (2012). Crossref
  47. P. Åkerfeldt, M.-L. Antti, and R. Pederson, Mater. Sci. Eng. A, 674: 428 (2016). Crossref
  48. P. Wanjara, K. Watanabe, C. de Formanoir, Q. Yang, C. Bescond, S. Godet, M. Brochu, K. Nezaki, J. Gholipour, and P. Patnaik, Adv. Mater. Sci. Eng., 2019: 3979471 (2019). Crossref
  49. F. Pixner, F. Warchomicka, P. Peter, A. Steuwer, M. H. Colliander, R. Pederson, and N. Enzinger, Mater., 13: 3310 (2020). Crossref
  50. Я. Б. Фридман, Механические свойства металлов (Москва: Машиностроение: 1972).
  51. В. С. Золоторевский, Механические свойства металлов (Москва: Металлургия: 1983).
  52. D. J. Abson and F. J. Gurney, Metals Technol., 1: 483 (1974). Crossref
  53. J. S. Keist and T. A. Palmer, Mater. Sci. Eng. A, 693: 214 (2017). Crossref
  54. V. Tuninetti, A. F. Jaramillo, G. Rojas-Ulloa Riu, C. Znaidi, A. Medina, C. Mateo, and A. M. Roa, Metals, 11: 104 (2021). Crossref
  55. M. O. Васильєв, Б. M. Мордюк, С. M. Волошко, В. I. Закієв, A. П. Бурмак, Д. В. Пефті, Металлофиз. новейшие технол., 41, № 11: 1499 (2019). Crossref
  56. M. A. Vasylyev, S. P. Chenakin, and L. F. Yatsenko, Acta Mater., 103: 761 (2016). Crossref