Модифікування поверхні 3D-друкованого стопу Ti–6Al–4V ультразвуковим ударним обробленням

С. М. Волошко$^{1}$, Б. М. Мордюк$^{1,2}$, М. О. Васильєв$^{2}$, В. І. Закієв$^{1,3}$, А. П. Бурмак$^{1}$, Н. В. Франчік$^{1}$

$^{1}$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Перемоги, 37, 03056 Київ, Україна
$^{2}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^{3}$Національний авіаційний університет, просп. Любомира Гузара, 1, 03058 Київ, Україна

Отримано: 21.11.2022; остаточний варіант - 15.01.2023. Завантажити: PDF

Досліджено механічні характеристики, фазовий склад, залишкові макроскопічні напруження та топографію поверхні стопу Ti–6Al–4V, виготовленого за різними технологіями – селективного лазерного топлення порошку (СЛТ) і традиційної гарячої прокатки (ВТ6). Для модифікації поверхні зразків різного типу застосовано ультразвукову ударну обробку (УЗУО) в інертному середовищі. У вихідному стані СЛТ-зразок, який складається з гексагональної $\alpha$-фази, має дещо більш високе (у 1,3 рази) значення мікротвердости ($HV$), ніж гарячекатаний пруток ВТ6, для якого крім $\alpha$-фази фіксується наявність кубічної $\beta$-фази (18%). Після УЗУО фіксується зростання значення $HV_{100}$ у 1,6–1,8 разів незалежно від методу виробництва стопу. Із цим результатом задовільно узгоджуються дані, отримані методою наноіндентування — інструментальна твердість $H_{IT}$ зростає в 1,4–1,5 разів. Серед причин зміцнення (зростання твердості), зафіксованих для обох типів досліджених стопів, у випадку УЗУО гарячекатаних зразків ВТ6 визначальну роль відіграє високий рівень стискаючих напружень 1-го роду. Зростання мікротвердості СЛТ-зразків відбувається у більшій мірі за рахунок деформаційного подрібнення зеренної/субзеренної структури (до 15 нм) та значної густини дислокацій, яка викликає мікродеформації кристалічної ґратниці голчастого мартенситу, що був сформований в процесі СЛТ внаслідок високої швидкості охолодження.

Ключові слова: 3D-друк, селективне лазерне топлення, ультразвукове ударне оброблення, мікроструктура, фазовий склад, механічні характеристики.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v45/i02/0217.html

PACS: 43.35.-c, 62.50.Ef, 68.35.Gy, 81.20.Ev, 81.20.-n, 81.40.-z


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. B. Berman, Business Horizons, 55: 155 (2012) Crossref
  2. P. Wu, J. Wang, and X. Wang, Automation in Construction, 68: 21 (2016). Crossref
  3. B. Bhushan, and M. Caspers, Microsyst. Technol., 23: 1117 (2017). Crossref
  4. D. Ngo Tuan, A. Kashani, G. Imbalzano, T.Q. Nguyen Kate, and D. Hui, Com-posites Part B: Eng., 143: 172 (2018). Crossref
  5. D.L. Rakov, and R.Y. Sukhorukov, J. Mach. Manuf. Reliab., 50: 616 (2021). Crossref
  6. M. Srivastava, S. Rathee, S. Maheshwari, and T. K. Kundra, Additive manufac-turing: fundamentals and advancements (Taylor & Francis Group: 2019). Crossref
  7. S. Liu, and Y.C. Shin, Mater. Des., 164: 107552 (2019). Crossref
  8. Y.-L. Hao, S.-J. Li, and R. Yang, Rare Metals, 35: 661 (2016). Crossref
  9. K. Davidson and S. Singamneni, Mater. Manuf. Process., 31: 1543 (2016). Crossref
  10. D. Zhang, Q. Cai, and J. Liu, Mater. Manuf. Process., 27: 1267 (2012). Crossref
  11. B. V. Efremenko, V. I. Zurnadzhy, Yu. G. Chabak, V. G. Efremenko, K. V. Kudinova, and V. A. Mazur, Mater. Today, 66: 2587 (2022). Crossref
  12. Y. Chabak, B. Efremenko, I. Petryshynets, V. Efremenko, A.G. Lekatou, V. Zurnadzhy, I. Bogomol, V. Fedun, K. Kovaľ and T. Pastukhova. Materials, 14: 7671 (2021). Crossref
  13. F. Y. Liao, G. Chen, C.X. Gao, and P.Z. Zhu, Adv. Eng. Mater., 4: 1801013 (2019).
  14. Г. І. Прокопенко, Б. М. Мордюк, М. О. Васильєв, С. М. Волошко. Фізичні основи ультразвукового ударного зміцнення металевих поверхонь (Київ: Наукова думка: 2017).
  15. B. N. Mordyuk, and G. I. Prokopenko, J. Sound. Vib., 308: 855 (2007). Crossref
  16. B. N. Mordyuk, and G. I. Prokopenko, Mater. Sci. Eng. A, 437: 396 (2006). Crossref
  17. 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
  18. A. I. Dekhtyar, B. N. Mordyuk, D. G. Savvakin, V. I. Bondarchuk, I. V. Moiseeva, and N. I. Khripta, Mater. Sci. Eng. A, 641: 348 (2015). Crossref
  19. B. N. Mordyuk, A. I. Dekhtyar, D. G. Savvakin, and N. I. Khripta, J. Mater. Eng. Perform., 31: 5668 (2022). Crossref
  20. Z. Lin, K. Song, and X.H. Yu, J. Manuf. Process., 70: 24 (2021). Crossref
  21. J. Gou, Z. J. Wang, S. S. Hu, J. Shen, Y. Tian, G. C. Zhao, and Y. Q. Chen, J. Manuf. Process., 54: 148 (2020). Crossref
  22. Б. М. Мордюк, М. О. Васильєв, С. М. Волошко, Н. I. Хріпта, Металофіз. новітні технол., 44, № 11: 1433 (2022).
  23. https://alt-print.com/aerospace
  24. B. Wysocki, P. Maj, R. Sitek, J. Buhagiar, K.J. Kurzydłowski, and W. Swieszkowski, Appl. Sci., 7: 657 (2017). Crossref
  25. М. О. Васильєв, Б. М. Мордюк, С. І. Сидоренко, С. М. Волошко, А. П. Бурмак, Металофіз. новітні технол., 39, № 1: 49 (2017).
  26. М. О. Васильєв, Б. М. Мордюк, С. М. Волошко, В. І. Закієв, А. П. Бурмак, Д. В. Пефті, , Металофіз. новітні технол., 42, № 3: 381 (2020).
  27. V. Zakiev, A. Markovsky, E. Aznakayev, I. Zakiev, and E. Gursky, Microme-chanical properties of bio-materials, in: Proc. SPIE 5959, Medical Imaging, 595916 (23. September 2005), Event: Congress on Optics and Optoelectronics, 2005, Warsaw, Poland.
  28. I. Zakiev, M. Storchak, G. A. Gogotsi, V. Zakiev, and Y. Kokoieva, Ceramics Int., 47, No. 21: 29638 (2021). Crossref
  29. M. Storchak, I. Zakiev, V. Zakiev, and A. Manokhin, Measurement, 191: 110745 (2022). Crossref
  30. М. О. Васильєв, Б. М. Мордюк, С. М. Волошко, В. І. Закієв, А. П. Бурмак, Д. В. Пефті, Металлофиз. новейшие технол., 41, № 11: 1499 (2019).
  31. L. Facchini, E. Magalini, and P. Robotti, (2010) Rapid Prototyping J., 16: 450 (2010). Crossref
  32. T. Ahmed, and H.J. Rack, Mater. Sci. Eng. A, 243: 206 (1998). Crossref
  33. M. Motyka, A. Baran-Sadleja, J. Sieniawski, M. Wierzbinska, and K. Gancarczyk, Mater. Sci. Technol. 35: 260 (2019). Crossref
  34. B. N. Mordyuk, O. P. Karasevskaya, G. I. Prokopenko, and N. I. Khripta, Surf. Coat. Technol., 210: 54 (2012). Crossref
  35. B. N. Mordyuk, O. P. Karasevskaya, and G. I. Prokopenko, Mater. Sci. Eng. A, 559: 453 (2013). Crossref
  36. О. I. Zaporozhets, B. N. Mordyuk, N. A. Dordienko, V. A. Mykhailovsky, and A. A. Halkina, Surf. Coat. Technol., 403: 126397 (2020). Crossref
  37. Z. G. Xiao, C. P. Chen, H. H. Zhu, Z. H. Hu, B. Nagarajan, L. Guo, and X. Y. Zeng, Mater. Des., 193: 108846 (2020). Crossref
  38. C. Pauzon, T. Mishurova, S. Evsevleev, S. Dubiez-Le Goff, S. Murugesan, G. Bruno, and E. Hryha, Additive Manuf., 47: 102340 (2021). Crossref
  39. T. Mishurova, S. Cabeza, K. Artzt, J. Haubrich, M. Klaus, C. Genzel, G. Requena, and G. Bruno, Materials, 10: 348 (2017). Crossref
  40. О. I. Zaporozhets, B. N. Mordyuk, N. A. Dordienko, V. A. Mykhailovsky, V. F. Mazanko, and O. P. Karasevskaya, Surf. Coat. Technol. 307: 693 (2016). Crossref
  41. T. Mishurova, K. Artzt, J. Haubrich, G. Requena, and G. Bruno, Metals, 9: 261 (2019). Crossref
  42. I. Yadroitsava, S. Grewar, D. Hattingh, and I. Yadroitsev, Mater. Sci.Forum, 828-829: 305 (2015). Crossref
  43. M. O. Васильєв, Б. М. Мордюк, Г. І. Прокопенко, С. М. Волошко, Л. Ф. Яценко, Н.І. Хріпта, Металофіз. новітні технол., 40, № 8: 1029 (2018).
  44. L. Facchini, E. Magalini, P. Robotti, A. Molinari, S. Höges, and K. Wissenbach, Rapid Prototyping J., 16: 450 (2010). Crossref
  45. P. Jamshidi, M. Aristizabal, W. Kong, V. Villapun, S. C. Cox, L. M. Grover, and M.M. Attallah, Materials, 13: 2813 (2020). Crossref
  46. J. J. Yang, H. C. Yu, J. Yin, M. Gao, Z. Wang, and X. Y. Zeng, Mater. Des., 108: 308 (2016). Crossref
  47. G. Kasperovich and J. Hausmann, J. Mater. Proc. Technol., 220: 202 (2015). Crossref
  48. X. Yan, C. Chen, C. Huang, R. Bolot, M. Kuang, W. Ma, C. Coddet, H.Liao, and M. Liu, J. Alloys Compounds, 764: 10565 (2018). Crossref
  49. H. K. Rafi, N. V. Karthik, H. J. Gong, T. L. Starr, and B. E. Stucker, J. Mater. Eng. Perform., 22: 3872 (2013). Crossref
  50. A. V. Panin, M. S. Kazachenok, A. I. Kozelskaya, R. R. Balokhonov, V. A. Romanova, O. B. Perevalova, and Yu. I. Pochivalov, Mater. Des., 117: 371 (2017). Crossref