Loading [MathJax]/jax/output/HTML-CSS/jax.js

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

С. М. Волошко1, Б. М. Мордюк1,2, М. О. Васильєв2, В. І. Закієв1,3, А. П. Бурмак1, Н. В. Франчік1

1Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Перемоги, 37, 03056 Київ, Україна
2Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
3Національний 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 α-фази, має дещо більш високе (у 1,3 рази) значення мікротвердости (HV), ніж гарячекатаний пруток ВТ6, для якого крім α-фази фіксується наявність кубічної β-фази (18%). Після УЗУО фіксується зростання значення HV100 у 1,6–1,8 разів незалежно від методу виробництва стопу. Із цим результатом задовільно узгоджуються дані, отримані методою наноіндентування — інструментальна твердість HIT 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